УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ СРЕДЫ В ПАРОВОМ ПРОСТРАНСТВЕ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к средствам теплотехнических измерений и может быть использована для измерения давления среды в паровом пространстве теплообменных аппаратов, в частности конденсаторов, по соответствующей температуре насыщения пара.
Известно устройство для измерения давления отработавшего пара турбины по температуре насыщения пара. В этом случае измерение температуры производится термометром, установленным в горловине конденсатора и соединенным с источником питания и вторичным прибором. Значение искомого давления находится по измеренной температуре из таблиц теплофизических свойств водяного пара [1]. Однако, проведенные исследования позволили установить, что показания такого термометра сильно зависят от места его установки в теплообменном аппарате, в частности в конденсаторе, от количества воздуха, находящегося в конденсирующемся паре, наличия потоков пара различной температуры, температуры корпуса аппарата и других факторов.
Таким образом, известное устройство не обеспечивает достаточной точности измерения температуры чистого насыщенного пара при давлении в конденсаторе, а, следовательно, и давления среды в паровом пространстве теплообменного аппарата.
Известно, также, устройство для измерения давления среды в паровом пространстве теплообменного аппарата по соответствующей температуре насыщенного пара, содержащее датчик температуры, установленный в теплообменном аппарате. Датчик температуры снабжен специальным кожухом, внутренняя полость которого сообщена с паровым пространством теплообменного аппарата, причем верхняя часть кожуха выполнена в виде защитного экрана, а нижняя часть - в виде емкости для сбора конденсата. Кроме того, в кожухе установлены распределительные устройства, соединенные с трубопроводом подачи жидкости, перегретой относительно температуры насыщения, соответствующей давлению среды в паровом пространстве теплообменного аппарата, и выполнены устройства для слива этой жидкости. На трубопроводе подачи перегретой жидкости установлено дроссельное устройство, а нерабочая часть датчика снабжена теплоизолирующими элементами, исключающими прямой контакт его с корпусом теплообменного аппарата [2].
Известная конструкция, обеспечивая измерение температуры насыщенного пара, соответствующей давлению в теплообменном аппарате, имеет ряд недостатков.
Размещение датчика температуры в совокупности с кожухом и устройствами отвода и подвода воды непосредственно в паровом пространстве теплообменного аппарата затрудняют эксплуатацию и обслуживание датчика.
Использование в устройстве значительно перегретой воды приводит к погрешностям в показаниях датчика температуры и к появлению гидроударов в подводящих трубопроводах и распределительных устройствах, что, в свою очередь, снижает надежность конструкции и работоспособность устройства в целом. Уменьшение перегрева воды, с другой стороны, ведет к необходимости увеличения ее расхода, что может привести к выносу этой воды в паровое пространство теплообменного аппарата и ухудшению его эксплуатационных характеристик (в частности к заливанию трубной системы водой и снижению, вследствие этого, коэффициента теплопередачи). В случае использования подобных устройств измерения давления в конденсаторах теплофикационных турбин возможен вынос эррозионноопасной влаги от устройства измерения к рабочим лопаткам последних ступеней турбины.
Таким образом, известное устройство не совсем удобно в эксплуатации и обслуживании, не достаточно надежно и точно, а, кроме того, может отрицательно влиять на эксплуатационные характеристики теплообменного аппарата, в котором оно расположено.
Заявляемая полезная модель решает задачу повышения точности измерения, удобства эксплуатации и обслуживания устройства для измерения давления в паровом пространстве теплообменного аппарата по соответствующей температуре насыщения пара, а также исключает отрицательное влияние его на эксплуатационные характеристики теплообменного аппарата.
Указанная задача решается путем создания конструкции для измерения температуры чистого насыщенного пара при давлении в теплообменном аппарате, позволяющей получить искомое давление среды вне парового пространства этого аппарата.
С этой целью в устройстве для измерения давления среды в паровом пространстве теплообменного аппарата по соответствующей температуре насыщения пара, содержащем датчик температуры, снабженный специальным кожухом, внутренняя полость которого сообщена с паровым пространством теплообменного аппарата, распределительные устройства, установленные в кожухе и соединенные с трубопроводом подачи жидкости, перегретой относительно температуры насыщения, соответствующей давлению среды в паровом пространстве теплообменного аппарата, устройства отвода конденсата, кожух выполнен в виде специальной емкости, установленной вне теплообменного аппарата и сообщающейся с его паровым пространством посредством соответствующей системы трубопроводов, обеспечивающей идентичность давлений в паровых пространствах теплообменного аппарата и специальной емкости. При этом устройство отвода конденсата установлено с возможностью отвода этого конденсата из специальной емкости, минуя паровое пространство теплообменного аппарата и снабжено необходимыми устройствами поддержания в упомянутой емкости требуемого уровня конденсата.
Распределительные устройства выполнены в виде конструкции, обеспечивающей тангенциальный ввод жидкости относительно внутренней поверхности специальной емкости.
Размещение датчиков температуры в специальной емкости, установленной вне теплообменного аппарата и имеющей идентичное с ним давление парового пространства, обеспечивает простоту эксплуатации и удобство обслуживания устройства. В частности, достигается свободный доступ ко всем внешним частям прибора, появляется возможность установки нескольких датчиков температуры, а также, при необходимости, датчиков различных типов. Кроме того, обеспечивается простота тарировки и замены датчиков. При этом использование специальной емкости позволяет исключить необходимость подвода значительно перегретой воды за счет возможности подвода большего количества менее перегретой воды, что, в свою очередь, исключает погрешности в показаниях датчика температуры за счет более равновесных процессов теплообмена в этой емкости, а также исключает появление гидроударов в подводящих трубопроводах и распределительных устройствах. Таким образом, в предлагаемом решении исключаются факторы, снижающие надежность и работоспособность заявляемого устройства и теплообменного аппарата в целом.
Отвод конденсата из специальной емкости, минуя паровое пространство теплообменного аппарата, исключает заливание трубной системы последнего.
Конструктивное решение распределительных устройств, осуществляющих тангенциальный ввод жидкости относительно внутренней поверхности специальной емкости устройства, обеспечивает формирование тонкого кипящего цилиндрического слоя (без выноса из него капельной влаги) и более равномерный подвод насыщенного пара во внутреннюю полость емкости, где расположены датчики температуры.
Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение точности измерения, удобство эксплуатации и обслуживания устройства для измерения давления в паровом пространстве теплообменного аппарата по соответствующей температуре насыщения пара, а также исключает отрицательное влияние конструкции заявляемого устройства на эксплуатационные характеристики теплообменного аппарата.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.
В рассматриваемом примере заявляемое устройство выполнено в виде специальной емкости 1, установленной снаружи конденсатора 2 и соединенной с его паровым пространством посредством трубопровода 3. Датчик температуры 4 установлен в верхней части емкости 1. Трубопровод 5 с вентилем 6 подачи жидкости (конденсата), перегретой относительно температуры насыщения, соответствующей давлению среды в паровом пространстве конденсатора 2, подсоединен к средней части емкости 1. На входе трубопровода 5 в емкость 1 установлено распределительное устройство, выполненное в виде патрубка 7, тангенциально ориентированного к внутренней поверхности
емкости 1 и обеспечивающего образование на этой поверхности вращающегося относительно вертикальной оси емкости тонкого слоя жидкости, что существенной улучшает процесс тепло и массообмена в емкости 1 без образования капельной влаги, выносимой в паровое пространство конденсатора 2.
При этом температура перегретой воды, подаваемой в емкость 1, ее расход, а также проходное сечение трубопровода 3 выбраны так, чтобы, потери давления в трубопроводе были пренебрежимо малы по сравнению с измеряемой величиной давления, а какое-либо проникновение среды из парового пространства конденсатора 2 в емкость 1 было исключено. В результате вскипания жидкости в емкости 1 создается среда чистого насыщенного пара с давлением, идентичным давлению в пространстве теплообменного аппарата.
Устройство снабжено трубопроводом 8 отвода конденсата, соединяющим нижнюю часть емкости 1 с конденсатосборником 9 конденсатора 2. На трубопроводе 8 установлено устройство для поддержания заданного (минимального) уровня конденсата в емкости 1, в данном случае гидрозатвора 10. При необходимости в качестве устройств для поддержания заданного (минимального) уровня конденсата в емкости 1 могут использоваться регуляторы уровня, конденсатоотводчики и т.п.(на чертеже не показаны).
Датчик 4 температуры соединен с блоком питания (не показан) и регистрирующим прибором (не показан).
Устройство работает следующим образом.
Включается блок питания и подается электрическое напряжение на датчик 4 температуры. Одновременно открывается вентиль 6 и по трубопроводу 5 через патрубок 7 в емкость 1 подается жидкость, перегретая относительно температуры насыщения пара при давлении в конденсаторе 2. На входе в емкость 1 жидкость вскипает, и образовавшийся пар заполняет емкость 1. При этом в емкости 1 создается давление чистого насыщенного пара, имеющего давление, идентичное давлению в паровом пространстве конденсатора 2. Температура этого пара фиксируется датчиком 4, рабочая часть которого расположена в паровом пространстве емкости 2. Охлажденный до температуры насыщения конденсат отводится из емкости 2 по трубопроводу 8 через гидрозатвор 10 в коденсатосборник 9 конденсатора 2, минуя его паровое пространство. Наличие на трубопроводе 8 гидрозатвора 10 обеспечивает минимально необходимый уровень конденсата и исключает вскипание конденсата в трубопроводе 8 на участке от емкости 1 до гидрозатвора 10.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания
1. Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. М., Энергия, 1979,с. 268-269.
2. Свидетельство РФ на ПМ №13097, кл. G 01 К 13/00, G 01 L 1'1/00, бюл. №8, 2000 г. (прототип)