УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ СУХОСТИ ВЛАЖНОГО ПАРА
APPARATUS FOR DETERMINING DRYNESS FACTOR OF WET STEAM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения степени сухости и других термодинамических параметров влажного пара, и может быть использовано для определения степени сухости как на объектах производства, так и на объектах потребления насыщенного и влажного пара.
Уровень техники
Аналогом изобретения является устройство, содержащее: измеритель давления в контролируемом потоке пара, узел отбора пробы пара из контролируемого потока, нагреватель пробы до полного испарения ее жидкой фазы, второй нагреватель для перегрева нагретой (до полного испарения ее жидкой фазы) пробы пара, узел конденсации перегретой пробы; измеритель температуры и энергии на нагрев до полного испарения жидкой фазы, измерители температуры и энергии на перегрев, вычислитель, к входам которого подключены выходы всех измерителей [патент РФ №1772705, Способ определения степени сухости влажного водяного пара].
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога: «измеритель давления в контролируемом потоке пара, узел отбора пробы пара из контролируемого потока».
Недостатками аналога являются:
а) использование измерителя энергии на нагрев отбираемой пробы влажного пара до полного испарения ее жидкой фазы;
б) использование измерителя энергии на перегрев отбираемой пробы влажного пара, нагретой до полного испарения ее жидкой фазы;
в) использование конденсатора перегретой пробы пара.
Сущность изобретения
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения степени сухости влажного пара.
При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:
а) устройство не оказывают гидравлического сопротивления контролируемому потоку;
б) возможность монтажа, настройки, включения или отключения, а также демонтажа без остановки паропровода и без изменения режима его работы;
в) обеспечена возможность создания мобильного варианта установки для определения степени сухости влажного пара.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения степени сухости влажного пара, содержащее: измеритель давления в контролируемом потоке пара; узел отбора пробы пара из контролируемого потока; линию с дросселирующим устройством от узла отбора пробы пара в проточную камеру; проточную камеру с измерителем давления и измерителем температуры; вторую проточную камеру с измерителем давления и измерителем температуры, подключенную к выходу первой камеры; линию выхода из второй камеры с измерителем расходного параметра, давления и температуры; вычислитель, к входам которого подключены выходы всех измерителей; отличается тем, что содержит: сосуд, связанный с контролируемым потоком пара линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом; обе проточные камеры помещены в сосуд;
парогенератор; а также сосуд, связанный с парогенератором линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом; обе проточные камеры помещены в сосуд.
Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, выражаются следующей совокупностью признаков:
по пункту 1 «содержит: сосуд, связанный с контролируемым потоком пара линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом; обе проточные камеры помещены в сосуд»;
по пункту 2 «содержит: парогенератор; а также сосуд, связанный с парогенератором линией подвода пара и линией отвода смеси пара с его конденсатом; обе проточные камеры помещены в сосуд».
Таким образом, задача изобретения решена.
Перечень чертежей
Рис.1. Схема устройства для определения степени сухости влажного пара (по пункту 1).
Рис.2. Схема устройства для определения степени сухости влажного пара (по пункту 2).
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На рис.1. и рис.2 показаны схемы двух вариантов устройства для определения степени сухости влажного пара. Это устройство содержит:
- паропровод 1 с датчиком давления 2;
- узел отбора пробы пара 16 с дросселем 9 в линии отбора;
- камеру 10 с измерителями давления 3 и температуры 4;
- камеру 11 с измерителями давления 12 и температуры 14;
- измеритель расходного параметра отбираемой пробы пара 7 с измерителем давления 6 и измерителем температуры 5;
- клапан 8 для регулирования расхода отбираемой пробы;
- вычислитель 15 с подключенными выходами всех измерителей;
по пункту 1:
- сосуд 17 с камерой 10 и камерой 11, связанный с контролируемым потоком пара, линией подвода пара 18 и линией отвода смеси пара с его конденсатом 19;
по пункту 2:
- парогенератор 20, например, с электронагревателем 21, с узлом подвода электрической энергии 22; оснащенный типовой системой контроля, защит, блокировок и регулирования параметров, в частности давления пара;
- сосуд 17 с камерой 10 и камерой 11, связанный с парогенератором, линией подвода пара 18 и линией отвода смеси пара с его конденсатом 19.
Необходимость варианта устройства по пункту 2 возникает, например, при его использовании для контроля степени сухости в паропроводах с относительно низким давлением. Когда температура насыщающих паров в паропроводе не будет существенно отличаться от температуры кипения в камере 10. В этом случае в качестве источника пара может быть использована любая мобильная парогенераторная установка, производящая насыщенный пар высокого давления и обладающая мощностью, достаточной для перегрева отбираемой пробы пара. Вариант устройства по пункту 2 может быть рекомендован также для создания мобильной установки периодического контроля степени сухости на участках паропроводов, оснащенных узлами отбора пробы пара.
Работа устройства состоит в следующем.
Исходное состояние варианта по пункту 1: устройство подключено к паропроводу 1; линии подвода пара 18 и линия отвода смеси пара с его конденсатом 19 открыты; полость сосуда 17 и находящиеся в нем камеры 10 и 11 достаточно прогреты, температура в камерах соответствует температуре насыщающих паров в контролируемом потоке.
Исходное состояние варианта по пункту 2: устройство подключено к паропроводу 1 и парогенератору 20. Линии подвода пара 18 и линия отвода смеси пара с его конденсатом 19 открыты; полость сосуда 17 и находящиеся в нем камеры 10 и 11 достаточно прогреты, температура в камерах соответствует температуре насыщающего пара, генерируемого парогенератором 20. Парогенератор стабилизирует давление генерируемого нара на заданном значении, например 12,0 мПа.
Регулирующим клапаном 8 устанавливают расход отбираемой пробы, при котором в камере 10 устанавливается температура пара, несущественно превышающая температуру насыщающих паров. Затем производят малое увеличение расхода. Контролируют соответствие температуры в камере 10 температуре насыщающих ее паров. При выполнении этого условия в камере 10 происходит полное испарение жидкой фазы. То есть в камере 10 насыщенный пар.
Насыщенный пар из камеры 10 поступает в камеру 11, где происходит существенный его перегрев.
Из камеры 11 перегретая проба пара поступает в линию с измерителями температуры 5, давления 6 и расхода 7.
Во время эксперимента зарегистрированы следующие значения измеряемых параметров:
пар
- Давление в паропроводе (P=12,4 мПа);
10
- Давление в камере 10 (P=1,4 мПа);
10
- Температура в камере 10 (t=200°C);
11
- Давление в камере 11 (P=1,35 мПа);
11
- Температура в камере 11 (t=290°C);
7
- Расход в линии расходомера пробы пара (G=0,06 кг/сек).
Установлен расход в линии отбора пробы с тем условием, чтобы в камере 10 был насыщенный пар (или несущественно перегретый пар).
В камере 11 при этом будет получен существенно перегретый пар.
Камеры 10 и 11 идентичны, внешние условия для этих камер идентичны, через камеры проходят равные массы отбираемой пробы влажного пара.
В камере 10 процессы испарения; на входе - две фазы (влажный пар) - на выходе одна фаза [насыщенный пар (или несущественно перегретый пар)].
В камере 11 перегрев - на входе и выходе однофазный поток.
Из паропровода в камеру 10 поступает влажный пар:
пробы
G=G''+G'=0,06 кг/с,
пробы
где G - расход пробы влажного пара из паропровода в камеру 10;
G'' - расход паровой фазы в отбираемой пробе влажного пара;
G' - расход жидкой фазы в отбираемой пробе влажного пара.
Из камеры 10 в камеру 11 поступает насыщенный пар:
н
G=0,06 кг/с,
н
где G - расход насыщенного пара из камеры 10 в камеру 11.
Из камеры 11 в линию узла расхода поступает перегретый пар:
n
G=0,06 кг/с,
n
где G - расход перегретого пара из камеры 11 на узел контроля расхода.
Разность тепловых потоков на выходе и входе камеры 11 определяет тепловой поток в пробу пара, поступающий через стенки камеры 11 от греющей среды, в которую помещены камеры.
11
n
n
н
н
Q=G·i-G·i=0,06·(719,5-668,4)=3,066 ккал/сек,
11
где Q - тепловой поток от греющей среды в камеру 11;
н
i - энтальпия насыщенного пара из камеры 10;
n
i - энтальпия перегретого пара из камеры 11.
10
11
Тепловой поток от греющей среды в камеру 10 (Q) несколько больше теплового потока от греющей среды в камеру 11 (Q) в основном в силу разных значений температурных перепадов внутри камер и греющей среды в полости сосуда 17.
Это вытекает из идентичности материала и геометрии камер, из идентичности внешних условий (например, температура влажного пара в паропроводе соответствует давлению до полной его конденсации), а также из того, что температура насыщенного пара в камере 10 ниже температуры перегретого пара в камере 11.
10
11
То есть: Q=k·Q=1,2042*3.066=3.692 ккал/сек,
10
11
где k - коэффициент соответствия тепловых потоков Q и Q.
Этот коэффициент может быть определен из следующего уравнения:
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mi>η</mi><mo>⋅</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mn>11</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>t</mi><mrow><mn>10</mn></mrow></msub></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>=</mo><mn>1,0</mn><mo>⋅</mo><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>290,0</mn></mrow><mrow><mn>200,0</mn></mrow></mfrac></mrow></msqrt><mo>=</mo><mn>1,2042,</mn></mrow>
где η - экспериментально определяемая поправка. В расчете принято η=1,0.
Тепловой поток с пробой влажного пара из паропровода в камеру 10
пробы
н
н
10
Q=G·i-Q=0,06·668,4-3,692=36,412 ккал/сек;
пробы
где Q - тепловой поток с пробой влажного пара из паропровода в камеру 10. Расход паровой фазы в отбираемой из паропровода пробе:
<mrow><msup><mi>G</mi><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Q</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>G</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>⋅</mo><msup><mi>i</mi><mo>'</mo></msup></mrow><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mi>i</mi><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msup><mo>−</mo><msup><mi>i</mi><mo>'</mo></msup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>36,412</mn><mo>−</mo><mn>0,06</mn><mo>⋅</mo><mn>348,4</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>648,7</mn><mo>−</mo><mn>348,4</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>15,508</mn><mo>/</mo><mn>300,3</mn><mo>=</mo><mn>0,0516</mn><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>г</mi><mo>/</mo><mi>с</mi><mo>,</mo></mrow>
где i'' - энтальпия паровой фазы в контролируемом потоке влажного пара;
i' - энтальпия жидкой фазы в контролируемом потоке влажного пара.
Степень сухости (Х) влажного пара в паропроводе:
<mrow><mi>X</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>G</mi><mrow><mo>'</mo><mo>'</mo></mrow></msup></mrow><mrow><msub><mi>G</mi><mrow><mi>п</mi><mi>р</mi><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>ы</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mn>0,0516</mn><mo>/</mo><mn>0,06</mn><mo>=</mo><mn>0,86.</mn></mrow>