УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ, ЭНТАЛЬПИИ, ТЕПЛОВОГО И МАССОВОГО РАСХОДОВ ПОТОКА ВЛАЖНОГО, НАСЫЩЕННОГО И ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА
DEVICE TO DETERMINE EXTENT OF DRYNESS, ENTHALPY, HEAT AND MASS FLOWS RATES OF MOIST, SATURATED AND SUPERHEATED STEAM FLOWS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технической физике, а именно к области устройств контроля технологических параметров пара, и может быть использовано для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного, насыщенного и перегретого пара в паропроводах источников, в паровых магистралях и в паропроводах нагрузки.
Уровень техники
Аналогом изобретения является устройство для определения расхода пара в паропроводе [Патент РФ №2243508 «Устройство для измерения расхода пара в паропроводе»; опубликовано 27.12.2004 г.], содержащее:
паропровод,
помещенный в паропровод зонд с трубкой динамического напора и с трубкой динамического разрежения,
трубку для измерения статического давления,
преобразователь статического давления,
преобразователь перепада давления,
контроллер, подключенный к выходам всех преобразователей.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «паропровод; помещенный в паропровод зонд, с трубкой динамического напора; трубку статического давления; преобразователь статического давления; преобразователь перепада давления; контроллер, подключенный к выходам преобразователей».
Недостатками аналога являются:
А. Недостаточная точность определения расхода влажного пара.
Б. Отсутствует возможность определения степени сухости, энтальпии и теплового расхода потока влажного пара.
Прототипом изобретения является устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара [Заявка на изобретение  RU №2012130629  «Устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара»; опубликована 27.01.2014 г.],
содержащее:
паропровод;
помещенный в паропровод зонд, с трубкой для измерения динамического напора, с трубкой для измерения статического давления и с трубкой для измерения динамического разрежения;
преобразователь статического давления;
преобразователь динамического напора (перепада давления между трубкой динамического напора и трубкой статического давления);
преобразователь динамического разрежения (перепада давления между трубкой статического давления и трубкой динамического разрежения);
контроллер, подключенный к выходам всех преобразователей.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «паропровод;
помещенный в паропровод зонд с трубкой для измерения динамического напора, и с трубкой для измерения статического давления;
трубку для измерения динамического разрежения;
преобразователь статического давления;
преобразователь динамического напора (перепада давления между трубкой динамического напора и трубкой статического давления);
преобразователь динамического разрежения (перепада давления между трубкой статического давления и трубкой динамического разрежения);
контроллер, подключенный к выходам всех преобразователей».
Недостатками прототипа являются:
А. Сложность реализации интегральной конструкции зонда с тремя преобразователями измеряемых давлений. Отказ же от интегральной конструкции определяет необходимость использования импульсных линий и запорно-отсекающей арматуры, что увеличит количество потенциальных мест утечек пара или его конденсата. При этом также потребуется конструкция для монтажа преобразователей, импульсных линий и запорно-отсекающей арматуры.
Б. Связанность, через общий отбор статического давления, измеряемых давлений на входах преобразователя динамического напора, преобразователя динамического разрежения и преобразователя статического давления.
В. Возмущающее воздействие на сигнал преобразователя динамического разрежения со стороны приемника динамического напора, расположенного непосредственно перед приемником динамического разрежения, что может приводить к искажению сигнала динамического разрежения и, как следствие, - к уменьшению точности определения параметров влажного пара.
Г. При возможной замене или настройке любого из трех преобразователей давления искажаются выходные сигналы других двух преобразователей давления. При этом устройство на время выполнения работ по замене или настройке любого преобразователя давления теряет работоспособность.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов потока влажного, насыщенного и перегретого пара.
При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:
A. Обеспечена возможность реализации интегральной конструкции измерительных зондов с преобразователями измеряемых давлений.
Б. Обеспечивается отсутствие связанности измеряемых давлений на входах преобразователя динамического напора, преобразователя динамического разрежения и преобразователя статического давления.
B. Исключена возможность возмущающего воздействия на сигнал трубки для измерения динамического разрежения со стороны других измерителей устройства.
Г. При возможной замене или настройке любого из трех преобразователей работоспособность других двух преобразователей не нарушается.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство, содержащее паропровод, помещенный в паропровод измерительный зонд с трубкой для измерения динамического напора и с трубкой для измерения статического давления, трубку для измерения динамического разрежения, преобразователь статического давления, преобразователь динамического напора, преобразователь динамического разрежения, контроллер, подключенный к выходам всех преобразователей, причем устройство также содержит второй измерительный зонд со второй трубкой для измерения статического давления, в который установлена трубка для измерения динамического разрежения, третью трубку для измерения статического давления в паропроводе, датчик температуры, преобразователь температуры, при этом преобразователь температуры подключен к выходу датчика температуры, преобразователь статического давления подключен к третьей трубке для измерения статического давления, преобразователь динамического напора подключен к трубке для измерения динамического напора и к трубке для измерения статического давления измерительного зонда, преобразователь динамического разрежения подключен к трубке для измерения статического давления и к трубке для измерения динамического разрежения второго измерительного зонда, третья трубка для измерения статического давления в паропроводе установлена в измерительный зонд, содержащий трубку для измерения динамического напора, и трубку для измерения статического давления, датчик температуры установлен во второй измерительный зонд, содержащий вторую трубку для измерения статического давления и трубку для измерения динамического разрежения, по сигналам преобразователей контроллер вычисляет степень сухости, энтальпию, тепловой и массовые расходы потока влажного, насыщенного и перегретого пара.
Таким образом, задача изобретения решена.
Перечень фигур чертежей
Рис.1. Схема устройства для определения параметров влажного, насыщенного и перегретого пара.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На рис.1 показана схема осуществления предлагаемого устройства для определения параметров влажного, насыщенного и перегретого пара.
Это устройство содержит:
- паропровод 1 с установленными в нем измерительными зондами 2 и 3;
- трубку для измерения статического давления в паропроводе 2.4;
- датчик температуры 3.5;
- трубку для измерения динамического напора 2.1;
- трубку для измерения статического давления 2.2;
- трубку для измерения статического давления 3.1;
- трубку для измерения динамического разрежения 3.2;
- преобразователь динамического напора (перепада давления между трубкой динамического напора и трубкой статического давления) 6;
- преобразователь статического давления 7;
- преобразователь температуры 8;
- преобразователь динамического разрежения (перепада давления между трубкой статического давления и трубкой динамического разрежения) 9;
- контроллер 10, подключенный к выходам всех преобразователей.
В устройстве трубка для измерения динамического напора 2.1 и трубка для измерения статического давления 2.2 расположены в измерительном зонде 2, трубка для измерения статического давления 3.1 и трубка для измерения динамического разрежения 3.2 расположены в измерительном зонде 3.
Трубка 2.4 для измерения статического давления помещена в измерительный зонд 2. Датчик температуры 3.5 установлен в измерительный зонд 3.
По сигналам преобразователей статического давления 7 и температуры 8:
- определяют диапазон агрегатного состояния теплоносителя (недогретая до кипения вода; влажный пар; пар на «линии насыщения» или несущественно перегретый пар; перегретый пар);
- по полученному диапазону агрегатного состояния теплоносителя выбирают расчетную модель для вычисления параметров пара.
В описании представлен пример реализации расчетной модели для влажного пара.
По сигналу преобразователя статического давления 7 определяют параметр скольжения фаз (С), а также:
ρ″ - плотность паровой фазы;
ρ′ - плотность жидкой фазы;
i″ - энтальпию паровой фазы;
i′ - энтальпию жидкой фазы.
По сигналу преобразователя динамического напора 6 и сигналу преобразователя динамического разрежения 9 из системы уравнений (1), (2), (3) определяют истинное объемное паросодержание (α), а также значения скоростей движения паровой (ω″) и жидкой фаз (ω′) потока:
где ΔР - сигнал преобразователя динамического напора 6;
р
ΔР - сигнал преобразователя динамического разрежения 9;
k - коэффициент, учитывающий возмущение, вносимое измерителем динамического напора;
p
k- коэффициент, учитывающий возмущение, вносимое измерителем динамического разрежения;
cm
С - параметр скольжения фаз (С=λ+1·P),
λ, l - коэффициенты эмпирической зависимости константы скольжения фаз (параметра Бенкова) от статического давления в паропроводе.
Из уравнений (4), (5), (6), (7) определяют другие параметры потока:
Степень сухости (χ) потока влажного пара:
Массовый расход (G):
G=G″+G′=α·ρ″·xω″·F+(1-α)·ρ′·ω′·F                  (5)
Энтальпия (i):
i=χ·i″+(l-χ)·i′                        (6)
Тепловой расход (Q):
Q=G·i                               (7)