RU2421714C1 - Способ определения степени сухости пара - Google Patents
Способ определения степени сухости пара Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421714C1 RU2421714C1 RU2010105822/28A RU2010105822A RU2421714C1 RU 2421714 C1 RU2421714 C1 RU 2421714C1 RU 2010105822/28 A RU2010105822/28 A RU 2010105822/28A RU 2010105822 A RU2010105822 A RU 2010105822A RU 2421714 C1 RU2421714 C1 RU 2421714C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- steam
- sample
- measuring
- dryness
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области средств измерения, а именно к устройствам, служащим для измерения степени сухости пара в системах контроля тепловых потерь в тепловых сетях, величины коэффициента полезного действия турбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций. Способ определения степени сухости пара включает отбор пробы влажного пара, измерение его температуры, измерение температуры перегретой пробы и последующий расчет степени сухости. При этом пробу постоянной массы пара подвергают изохорическому нагреву. Дополнительно измеряют давления пробы до и после нагрева, после чего осуществляют вычисление сухости пара по формуле: , где P1 - давление до нагрева пробы; Р2 - давление после нагрева пробы; Т1 - температура пробы влажного пара; Т2 - температура перегретой пробы. Причем при определении степени сухости пара измерения температур и давлений производят последовательно во времени одним средством измерения температуры и одним средством измерения давления соответственно. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и упрощение технических средств измерения степени сухости влажного пара. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области средств измерения, а именно к устройствам, служащим для измерения степени сухости пара в системах контроля тепловых потерь в тепловых сетях, величины коэффициента полезного действия турбинных агрегатов тепловых и атомных электростанций.
По определению степень сухости пара x есть отношение массы сухого пара mC к массе влажного пара, равной сумме масс сухого пара mC и капельной влаги mK в том же объеме [1, стр.119]:
Известен способ измерения сухости пара, включающий непрерывный отбор пробы из потока влажного пара, его редуцирование, измерение давления в потоке влажного пара, конденсацию отбираемой пробы в объем воды, измерение температуры воды до участка конденсации, а также измерение расхода, давления и температуры потока воды после участка конденсации [2]. Способ, как видно из описания, для реализации требует применения большого количества измерительных средств, образующих каналы измерений температур, давлений, расходов воды и пара; стабилизаторов расхода воды и пара, устройство редуцирования пара. Поскольку каждое средство измерений обладает погрешностью, увеличивающей общую погрешность результата измерений, то рассматриваемый способ отличается большим объемом технических средств и высокой погрешностью.
Наиболее близким по технической сущности является «Способ определения степени сухости влажного водяного пара» по патенту России 1772705 [3]. Согласно способу измеряют температуру пробы влажного пара, нагревают ее до полного испарения влаги, измеряют температуру нагретой пробы и количество энергии на ее нагрев, далее перегревают нагретую пробу, измеряют температуру и энергию на перегрев пробы; весовое количество влажного пара определяют из уравнения теплового баланса перегрева, а весовое количество влаги в отобранной пробе - из уравнения теплового баланса нагрева пробы пара и с учетом полученного значения весового количества влажного пара. Недостатками известного способа являются техническая сложность его реализации и большая погрешность результата измерений.
Первый недостаток связан с большим количеством нагревателей и средств измерений - нагревателей влажного и перегретого пара; измерителей электрической энергии, затраченной на нагрев пара; измерителей температуры. Кроме того, необходимо иметь стабилизатор массового расхода пара, в противном случае невозможно однозначно связать энергию на нагрев и массу нагреваемого пара, определяемую конвективным теплообменом, толщинами теплового и гидравлического пограничных слоев пара, эпюрой скоростей потока [1, стр.205-230].
Большая погрешность измерения связана с:
- большим количеством средств измерений, каждое из которых обладает своей погрешностью, вносимой в результат измерений степени сухости;
- неучтенными факторами, связанными с процессами конвективного теплообмена, в первую очередь, различными объемными расходами пара в первом и втором нагревателе;
- неучтенными тепловыми потерями, связанными с теплообменом с окружающей средой.
Целью изобретения является упрощение технических средств для измерения сухости влажного пара и повышение точности измерения.
Поставленная задача достигается тем, что в способе определения сухости пара, включающем отбор пробы влажного пара, измерение его температуры, измерение температуры перегретой пробы и последующий расчет степени сухости, пробу постоянной массы пара подвергают изохорическому нагреву, дополнительно измеряют давления пробы до и после нагрева, причем измерения температур и давлений производят последовательно во времени одним средством измерения температуры и одним средством измерения давления соответственно.
На чертеже представлен пример реализации предлагаемого способа. Устройство, реализующее способ, содержит измерительную камеру 1 постоянного объема, установленную в паропровод 2. С двух концов камера 1 сообщается с паропроводом через запирающие клапаны 3. Внутри камеры расположен нагреватель 4, чувствительные элементы датчиков абсолютного давления 5 и температуры 6. Электрическое питание клапанов и нагревателя, промежуточные измерительные преобразователи каналов измерения давления и температуры и вычислитель условно не показаны.
Возможен вариант выполнения устройства вне паропровода 2, при котором пар к измерительной камере 1 подводится по трубам. В этом случае снижаются требования к тепловой стойкости электрических обмоток запирающих клапанов и упрощаются конструкции узлов подвода электрической энергии, но, с другой стороны, появляются дополнительные требования по теплоизоляции всех элементов устройства и прочности корпуса измерительной камеры 1.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии клапаны 3 открыты и в измерительную камеру 1 поступает пар из паропровода 2 с абсолютными температурой T1, давлением P1 и степенью сухости x. Давление P1 и температуру T1 измеряют соответственно каналами давления с датчиком давления 5 и температуры с термопреобразователем 6.
После измерений давления и температуры клапаны 3 запирают. Через короткий промежуток времени, достаточный для запирания клапанов 3, подают ток на обмотку нагревателя 4 и температура в камере 1 нарастает до температуры перегрева пара. Поскольку процесс происходит при постоянном объеме (изохорическое нагревание), то с ростом температуры растет давление массы mC+mK перегретого пара в камере. Производят измерения давления P2 и температуры T2 пара. После окончания измерений отключают ток с нагревателя 4 и открывают клапаны 3. Температура и давление в камере 1 понижаются до значений этих параметров в паропроводе 2; камеру 1 заполняет новая порция пара с параметрами, равными их значениям в паропроводе, и весь цикл работы устройства повторяется.
Полученные результаты измерений P1, T1, P2, T2 используются для вычисления сухости пара x. Выражение для вычислений получают из следующих соображений. В объеме v измерительной камеры 1 содержится объемная доля х сухого пара νC и часть объема νB занятого капельной влагой, доля которой составляет 1-х:
Поскольку плотность жидкой воды на три порядка выше плотности пара, то, соответственно, занимаемый ею объем на три порядка меньше объема, занимаемого сухим паром. Поэтому в паропроводах, где массовая доля сухого пара x больше массовой доли жидкой фазы 1-х, первым слагаемым в правой части выражения (2) можно пренебречь и считать, что весь объем измерительной камеры v занят сухим паром при давлении P1 и температуре T1. Свойства сухого пара близки к свойствам идеального газа, поэтому с погрешностью не более единиц процентов их можно записать в виде уравнения Клапейрона
где R - газовая постоянная водяного пара.
После нагрева объема v пара до температуры T2 давление в камере Р2 будет определяться всей массой воды mC+mK, поскольку капельная фаза так же перейдет в состояние сухого пара и, следовательно,
Почленное деление выражения (3) на (4) после элементарных преобразований дает, с учетом (1), искомую зависимость степени сухости пара от его измеренных параметров
В случаях высоких давлений пара (выше 5 МПа) или повышенных требований к точности результатов измерений (относительная погрешность не должна превышать долей процента) вместо уравнения (5) необходимо пользоваться табличными значениями состояния пара.
Использование одних и тех же датчиков давления и температуры для измерения последовательно во времени параметров пара до и после нагрева позволяет сократить количество измерительных каналов и снизить погрешность измерения степени сухости пара. Погрешность снижается за счет снижения числа измерительных каналов до двух и того, что результаты измерений давлений одним датчиком (аналогично и температуры) содержат сильно коррелированные значения случайной погрешности измерений, ведущих к снижению случайной составляющей погрешности конечного результата.
Для доказательства последнего утверждения рассмотрим погрешность косвенного измерения степени сухости пара x. В общем случае оценка дисперсии S2 случайной составляющей результата косвенного измерения вычисляется по формуле [4, стр.178]
где x(A1,…Ai) - результат косвенных измерений как функция результатов прямых измерений параметров A1,…Ai;
n - количество параметров прямых измерений;
Si - оценка среднего квадратического отклонения случайной погрешности результата измерений i-го параметра прямого измерения;
ρij - коэффициент корреляции между результатами i и j прямых измерений.
В рассматриваемом случае коэффициент корреляции между измеренными температурами T1 и T2 близок к единице, поскольку эти результаты получены одним измерительным каналом с интервалом в единицы минут. Аналогично коэффициент корреляции между значениями давлений близок к единице, а коэффициенты корреляции между значениями температур и давлений близки к нулю. С учетом указанных условий, оценка дисперсии погрешности косвенного измерения сухости пара S2(x) по известным значениям оценок дисперсий погрешностей каналов измерений температур S2 T и давлений S2 P равна
После приведения подобных членов и элементарных преобразований последнее выражение приобретает вид:
Из выражения (7) видно, что оценка дисперсии случайной погрешности измерения сухости пара S2(x) определяется двумя слагаемыми, в которых, в силу корреляции результатов прямых измерений температур и давлений, числители содержат разности результатов начальных и конечных измерений соответственно давлений и температур, что снижает общую погрешность конечного результата.
Для пояснения расчетов по предлагаемому способу рассмотрим пример измерения степени сухости пара.
Измерения параметров порции пара, отобранного из паропровода в измерительную камеру, дали результаты (данные взяты из таблицы термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения [1, стр.126]):
Температура T1=393 K; абсолютное давление P1=200 кПа.
Измерения выполняются каналом измерения температуры со средним квадратическим отклонением абсолютной случайной погрешности ST=0,3 K и каналом измерения давления с SP=3 кПа.
После нагрева пара в измерительной камере до температуры T2=523 K канал измерения давления показал значение Р2=300 кПа.
Значение степени сухости x пара получается при подстановке результатов прямых измерений в уравнение (5):
Оценка дисперсии погрешности степени сухости S2(x), вычисленная по уравнению (7), дает результат S2(x)=0,2·10-4, а средняя квадратичная погрешность, имеющая размерность измеряемой величины
Погрешность измерения степени сухости δ(x), считая распределение погрешности нормальным, при доверительной вероятности P=0,95 равно
δ(x)=2S(x)=0,9·10-2,
т.е., относительная погрешность измерения степени сухости пара не превышает 1%.
Замена нагрева стабилизированного потока движущегося влажного пара с последующим измерением количества тепловой энергии на нагрев и перегрев пара изохорическим нагревом постоянной массы пара и измерением его давления до и после нагрева позволяют упростить конструкцию устройства измерения степени сухости и повысить точность результата измерений. Дополнительно устройство измерений упрощается и погрешность измерения снижается за счет выполнения измерений последовательно во времени одним измерителем температур и одним - давлений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник, книга 2. Под общей редакцией Григорьева В.А., Зорина В.М. - М.: Энергоатомиздат, 1988.
2. Способ контроля степени сухости влажного пара. - Заявка на изобретение 2008119269/28, G01N 25/60 (дата публикации 20.11.2009 г.).
3. Способ определения степени сухости влажного водяного пара. - Патент России 1772705, G01N 25/60.
4. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.
Claims (2)
1. Способ определения степени сухости пара, включающего отбор пробы влажного пара, измерения его температуры, измерение температуры перегретой пробы и последующий расчет степени сухости, отличающийся тем, что пробу постоянной массы пара подвергают изохорическому нагреву, дополнительно измеряют давления пробы до и после нагрева, после чего осуществляют вычисление сухости пара по формуле:
, где P1 - давление до нагрева пробы; Р2 - давление после нагрева пробы; T1 - температура пробы влажного пара; T2 - температура перегретой пробы.
, где P1 - давление до нагрева пробы; Р2 - давление после нагрева пробы; T1 - температура пробы влажного пара; T2 - температура перегретой пробы.
2. Способ определения степени сухости пара по п.1, отличающийся тем, что измерения температур и давлений производят последовательно во времени одним средством измерения температуры и одним средством измерения давления соответственно.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105822/28A RU2421714C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения степени сухости пара |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010105822/28A RU2421714C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения степени сухости пара |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2421714C1 true RU2421714C1 (ru) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738114
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010105822/28A RU2421714C1 (ru) | 2010-02-19 | 2010-02-19 | Способ определения степени сухости пара |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421714C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489709C2 (ru) * | 2011-09-21 | 2013-08-10 | Александр Васильевич Коваленко | Способ определения степени сухости потока влажного пара |
RU2568050C1 (ru) * | 2014-08-22 | 2015-11-10 | Борис Юхимович Каплан | Измеритель степени сухости пара |
RU2747081C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-04-26 | Александр Васильевич Коваленко | Способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе |
-
2010
- 2010-02-19 RU RU2010105822/28A patent/RU2421714C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489709C2 (ru) * | 2011-09-21 | 2013-08-10 | Александр Васильевич Коваленко | Способ определения степени сухости потока влажного пара |
RU2568050C1 (ru) * | 2014-08-22 | 2015-11-10 | Борис Юхимович Каплан | Измеритель степени сухости пара |
RU2747081C1 (ru) * | 2020-08-31 | 2021-04-26 | Александр Васильевич Коваленко | Способ определения степени сухости влажного пара в паропроводе |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106053105B (zh) | 一种核电站回热加热器能效监测与诊断的方法和系统 | |
CN104949093B (zh) | 用于蒸汽发电厂的蒸汽产生器的状态观察器 | |
Godoy et al. | A strategy for the economic optimization of combined cycle gas turbine power plants by taking advantage of useful thermodynamic relationships | |
CN104049539B (zh) | 一种汽轮机回热系统的全工况仿真系统 | |
JP5855240B2 (ja) | 循環廃熱回収蒸気発生器の運転方法 | |
RU2421714C1 (ru) | Способ определения степени сухости пара | |
JP2011519398A (ja) | 排ガス流からエネルギーを獲得する方法及び自動車 | |
CN103134834A (zh) | 一种湿蒸汽干度测量装置及方法 | |
CN107543733A (zh) | 一种凝汽器热负荷在线监测系统及测量方法 | |
CN106295129A (zh) | 一种计算火电厂汽轮机低压缸效率的方法 | |
CN106097151B (zh) | 一种基于数据协调的降低电厂数据不确定度的方法 | |
JP6527950B2 (ja) | 貫流蒸気発生器を運転するための制御方法 | |
CN113960109A (zh) | 一种湿蒸汽干度的自反馈在线监测系统及方法 | |
CN102261936B (zh) | 高加危急疏水泄漏流量确定方法 | |
US5327772A (en) | Steam quality sensor | |
RU2489709C2 (ru) | Способ определения степени сухости потока влажного пара | |
CN105547406A (zh) | 核电厂蒸汽发生器水位测量系统及测量方法 | |
CN104390664A (zh) | 气液两相流相变换热循环系统 | |
CN112127958A (zh) | 一种确定核电汽轮机抽汽参数的装置及方法 | |
RU2568050C1 (ru) | Измеритель степени сухости пара | |
CN102855407B (zh) | 一种获取火电机组低压缸在湿蒸汽环境中的效率的方法 | |
JP2011196997A (ja) | 蒸気管の損失計測システム及び計測方法 | |
Tokarski et al. | Mathematical model and measurements of a combi-steamer condensation hood | |
JP2022512299A (ja) | 熱交換器における液滴形成を防止する方法およびコントローラ | |
JP5666381B2 (ja) | 蒸気製造装置及びその運転方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140220 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141220 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20151028 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170220 |