устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара

Формула изобретения

Устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода влажного пара, содержащее паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито, контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей, турбулизатор потока, участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей, причем устройство также содержит узел отбора пробы пара и модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технической физике, а именно к области определения параметров влажного пара, и может быть использовано для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара.

Уровень техники

Аналогом изобретения является устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара, содержащее: паропровод с измерителем статического давления и измерителем расходного параметра потока, избирательного к параметрам паровой фазы; контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей; узел отбора пробы пара; модуль определения степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру [Патент № 2444726 (RU), МПК G01N 25/60; «Устройство для контроля тепловой мощности, массового расхода, энтальпии и степени сухости потока влажного пара»; бюллетень изобретений. 2012. № 7].

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков аналога:

паропровод с измерителем статического давления и измерителем расходного параметра потока, избирательного к параметрам паровой фазы;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

узел отбора пробы пара;

модуль определения степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Недостатками аналога являются:

А. Низкая точность определения расходных параметров потока влажного пара.

Б. Большое запаздывание определения степени сухости - более 25 сек.

Прототипом изобретения является устройство для определения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара [Патент РФ № 2459198; «Устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара»; Коваленко А.В.; Бюллетень изобретений. 2012. № 23], содержащее:

паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: «паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, а другой - к параметрам паровой и жидкой фаз потока;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей, с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей». Недостатком прототипа является:

А. Погрешность определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара, обусловленная отсутствием возможности определения и корректирования коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам паровой фазы, и коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам обеих фаз потока.

Сущность изобретения

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

А. Нормируемая точность определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара, обусловленная возможностью автоматического определения и корректирования коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам паровой фазы, и коэффициента сигнала измерителя, селективного к параметрам обеих фаз потока.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство, содержащее:

паропровод с измерителем статического давления и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито;

контроллер для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

турбулизатор потока;

участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей;

содержит:

узел отбора пробы пара;

модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Признаки, отличительные от наиболее близкого аналога, выражаются следующей совокупностью признаков: «содержит:

узел отбора пробы пара;

модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру».

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Рис.1. Устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На рис.1. показана схема реализации предлагаемого устройства для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового расхода влажного пара. Это устройство содержит:

- паропровод 1 с измерителем статического давления 2 и двумя измерителями расходных параметров потока, один из которых избирателен к параметрам паровой фазы, например направленная по потоку трубка Пито 3, а другой избирателен к параметрам паровой и жидкой фаз потока, например направленная навстречу потоку трубка Пито 4;

- контроллер 5 для обработки и хранения сигналов измерителей с подключенными выходами измерителей;

- турбулизатор потока 6;

- участок постоянного сечения потока (между отметками Z-Y), расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей;

- узел отбора пробы пара 7;

- модуль определения опорных значений степени сухости 8, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру.

Турбулизатор 6 обеспечивает «за собой» наличие турбулизированного участка потока влажного пара, на котором жидкая дисперсная фаза равномерно распределена по всему сечению потока, и скорости движения обеих фаз равны.

По сигналу измерителя статического давления 2(Р_cm) определяют табличные параметры теплоносителя: - плотность паровой фазы;

' - плотность жидкой фазы;

i - энтальпию паровой фазы;

i' - энтальпию жидкой фазы.

Для неограниченного дискретного ряда моментов времени, при известных значениях коэффициентов k и k _P, по измеряемым параметрам контролируемого потока Р _cm, Р, Р_p из системы уравнений (1), (2) получают значения истинного объемного паросодержания ( ) и скорости фаз потока ( ) на гомогенизированном измерительном участке после турбулизатора:

где Р_P - сигнал измерителя динамического разрежения;

k_p - коэффициент сигнала измерителя динамического разрежения;

Р - сигнал измерителя динамического напора;

k - коэффициент сигнала измерителя динамического напора.

Расходная плотность потока ( ) в пределах гомогенизированного измерительного участка соответствует «местной плотности» потока ( _мест):

Для текущего (реального) момента времени вычисляют также и другие параметры потока влажного пара, а именно:

Степень сухости ( ) контролируемого потока влажного пара (определенная по параметру истинного объемного паросодержания на гомогенизированном участке):

Энтальпия (i) контролируемого потока влажного пара:

Массовый расход (G) контролируемого потока влажного пара:

Тепловой расход (Q) контролируемого потока влажного пара (определенный по параметру истинного объемного паросодержания на гомогенизированном участке):

В системе двух уравнений (1), (2) и уравнении (7) используются коэффициент измерителя, избирательного к параметрам обеих фаз (k), и коэффициент измерителя, избирательного к свойствам паровой фазы потока (k_p). Эти коэффициенты определяются и корректируются системой автоматически. Такая возможность обеспечивается наличием в системе двух измерителей расходного параметра, один из которых обладает селективностью к параметрам и свойствам только паровой (газовой) фазы потока, в то время как сигнал другого измерителя формируется параметрами и свойствами обеих фаз двухфазного потока влажного пара. А также наличием турбулизатора потока, установленного перед измерительным участком, и измерителя опорных значений степени сухости.

В качестве измерителя опорных значений степени сухости ( ) могут быть использованы любые известные средства измерения, например устройство по патенту № 2380694 (RU), устройство по патенту № (заявка № 2011129977) или другое.

Требованием к такому (другому) устройству является: возможность получения нормируемых значений степени сухости в неограниченном дискретном ряде моментов времени.

Таким образом, для решения задачи определения коэффициентов используются уравнения вида (1), (2), (3):

Решение такой системы уравнений возможно на двух отличающихся по значениям «наборах» исходных данных. При этом для решения задачи получают шесть нелинейных уравнений с шестью неизвестными: ₁, ₁, ₂, ₂, k, k_p.

При решении этой системы уравнений необходимо принимать во внимание то, что перепады давлений и статическое давление определяются без существенного запаздывания, то есть: измерение и определение значений этих параметров производится в текущий реальный момент времени. Опорные значения параметра степени сухости, в каждый текущий момент определения, формируется из параметров потока в отстающем от текущего момента интервале времени, например в интервале времени секунд. То есть имеет место запаздывание аргумента к текущему моменту времени на отрезок временного интервала сек. В связи с этим корректный набор данных не может быть получен на текущий момент времени. В каждом наборе данных (для решения шести уравнений вида (1), (2), (3) при i=1,2) время определения измеряемых перепадов давлений и статического давления должно быть меньше времени определения степени сухости на величину запаздыванил этого аргумента. То есть:

- Измеряемые параметры: , , , , , , .

Схема решения этой системы уравнений. По измеренным параметрам (исходного режима): - ₁ (опорное значение степени сухости) на момент времени (t₁) и P_cm, P₁, на момент времени (t₁- ) - первый набор данных;

1. Для момента времени t₁- из уравнения (3) определяют ₁:

2. Принимают k_р=1,0 (или другой величине из области вероятных его значений).

3. Из уравнения (2) при принятом значении k_p определяют скорость потока на гомогенизированном участке паропровода:

4. Из уравнения (1), используя определенные значения k_p и ₁, получают значение k:

По измеренным параметрам другого (изменившегося режима): - ₂ (опорное значение степени сухости) на момент времени (t₂) и, Р_cm, Р₂, на момент времени (t₂- ) - второй набор данных;

5. Для момента времени t₂- из уравнений (1), (2), (3), при i=2, и фиксированных значениях коэффициентов k_p, k, определенных по параметрам исходного режима, определяют невязку ( ) значений скорости потока, получаемых соответственно из уравнений (1) и (2):

Если значение невязки >|0,001|, то изменяют (увеличивают или уменьшают) принятое значение k_p, например, на 0,001 и возвращаются к шагу 3 алгоритма вычисления.

Увеличивать или уменьшать значение k_p на 0,001:

- если уменьшаемое больше вычитаемого и разность больше |0,001|, то увеличивать;

- если уменьшаемое меньше вычитаемого и разность больше |0,001|, то уменьшать.

Если <=|0,001|, то «утверждаются» значения коэффициентов k_p, k и, используя систему уравнений (1), (2), а также формулы (4), (5), (6), (7), (8), вычисляют текущие значения степени сухости, энтальпии, массового и теплового расхода потока влажного пара.

Вычисление текущих дискретных значений параметров потока производят, например, через каждые 100 мсек.

Определение коэффициентов k_р, k целесообразно выполнять при заметном изменении текущего значения любого из измеряемых параметров (например, на 5% или более) по отношению к его предшествовавшему значению на прошлом интервале времени.

Обновление значений коэффициентов возможно в любом текущем цикле опроса измеряемых параметров. Техническим критерием запуска алгоритма расчета коэффициентов является наличие исходной информации для решения: системы шести уравнений вида (1), (2), (3).