专利名称：基于变界分段能平衡的软测量方法、多功能湿蒸汽测针及湿蒸汽吸热量测控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及湿蒸汽两相流在线测量领域，是一种基于变界分段能平衡的软测量方法、多功能湿蒸汽测针及湿蒸汽吸热量测控装置,特别适用于凝汽式汽轮机排汽湿度及其它湿蒸汽两相流的流量、截面含汽率等湿蒸汽进行实时在线监测。
背景技术：
流动湿蒸汽存在于大量工业领域设备中，尤其是火电站汽轮机低压级、核电站汽轮机全部级等运行环境中。湿蒸汽中的水滴对汽轮机叶片会造成安全威胁损害安全利益，同时直接导致汽轮机效率降低从而损害经济利益。汽轮机排汽湿度的测量对于保证汽轮机的安全、经济、高效运行具有极其重要的意义。目前,汽轮机排汽湿度测量方法主要有光学法、加热法、示踪法、微波法、电容法、光纤光栅法等。但迄今为止，尚没有一种能够实现汽轮机排汽湿度长期实时在线监测的装置应用于实际生产。目前的汽轮机排汽湿度测量方法中除激光法和加热法外,都还处于实验室研究阶段。其中，激光法尚有两大难题有待破解。一是无法给出绝对湿度，二是无法实现长期在线监测。加热法则存在三大难题:一是作为加热法理论基础的热平衡式因质量流量无法准确测量而无法保证测量准确度,二是散热损失难以准确确定,三是测出的湿度值难以进行实验检验。

发明内容
本发明的目的是,针对现有加热法的不足,提供一种方法科学、合理,能够实现实时在线准确测量的基于变界分段能平衡软测量方法。并提供结构简单，测量精度高，适用于凝汽式汽轮机排汽湿度及其它湿蒸汽两相流的流量、截面含汽率等湿蒸汽参数进行实时在线监测的多功能湿蒸汽测针及湿蒸汽吸热量测控装置。实现本发明目的所采用的技术方案之一是:一种基于变界分段能平衡的软测量方法，其特征是:湿饱和蒸汽通过多功能湿蒸汽测针螺旋形等截面汽道而被连续加热自发增容变为过热蒸汽,整个过程分两个区(段)进行:从入口开始，湿蒸汽中的雾状水滴随吸热量的增多而不断汽化，水滴在汽液中的比例(即湿度)同步减小；当其吸热量增大到等于全部水滴汽化潜热总和时，湿度为零,湿蒸汽变为干饱和蒸汽,零湿度位置,所对应的电加热棒横断面至入口截面的直线距离被定义为汽化长度,显然，电加热棒功率一定时,汽化长度完全取决于待测湿蒸汽质量流量和湿度大小，千蒸汽进一步受热而升温，变为过热蒸汽，螺旋形汽道中，干蒸汽与过热蒸汽的分界面可理想化为与流线相垂直的平面,简称为界面,在电加热棒功率一定时，界面位置也取决于进口湿蒸汽质量流量和湿度大小，由此可见,汽化长度和干饱和蒸汽/过热蒸汽的分界面位置具有同一注,它们都随待测湿蒸汽的流量、湿度变化而变化，是谓“变界”;从蒸汽受热过程机理分析，汽化区段中，蒸汽/雾滴两相流中的水滴受热蒸发属于相变过程,其温度和相应的压力均不变化；过热区段中，干蒸汽受热升温，属于单相升温过程，两者基于机理分析的软测量模型应有所区分，是谓“分段能平衡”，湿饱和蒸汽通过螺旋形等截面汽道而被连续加热自发增容变为过热蒸汽,整个加热过程机理由下述方程组定量描述:
过热段焓平衡:
权利要求
1.一种基于变界分段能平衡的软测量方法，其特征是:湿饱和蒸汽通过螺旋形等截面汽道而被连续加热自发增容变为过热蒸汽,整个加热过程机理由下述方程组定量描述: 过热段焓平衡:
2.根据权利要求1所述的基于变界分段能平衡的软测量方法,其特征是:校验方法分别为， (1)干饱和蒸汽焓拓的校验:根据所述式(1)过热段焓平衡
3.一种基于变界分段能平衡的多功能湿蒸汽测针,其特征是:它包括电加热棒(10)，带有均匀等螺距的外凸螺旋肋(5)的电加热棒套管(29),多功能湿蒸汽测针外壁管(4),前传感器座(6)和后传感器座(7)，所述的电加热棒(10)与电加热棒套管(29)的内腔以过盈配合连接，电加热棒套管(29)上的均匀等螺距外凸螺旋肋(5)的顶端面与多功能湿蒸汽测针外壁管⑷的内壁以过盈配合连接,多功能湿蒸汽测针外壁管⑷的入口和前传感器座(6)以过盈配合连接,多功能湿蒸汽测针外壁管(4)的出口与后传感器座(7)以过盈配合连接，所述的多功能湿蒸汽测针(3)整体放置于湿蒸汽吸热量测控装置(28)内，湿蒸汽吸热量测控装置(28)嵌入多外套筒顶部(I)和外套筒法兰盖(8)的凹槽中固定,湿蒸汽吸热量测控装置(28)和多功能湿蒸汽测针(3)再一起由外套筒顶部(I),外套筒法兰盖(8)和外套筒法兰盘(9)压紧固定。
4.根据权利要求3所述的一种基于变界分段能平衡的多功能湿蒸汽测针，其特征是:所述的均匀等螺距的外凸螺旋肋(5)的螺距为50-80mm。
5.根据权利要求3所述的一种基于变界分段能平衡的多功能湿蒸汽测针，其特征是:所述的多功能湿蒸汽测针外壁管(4)沿待测湿蒸汽流动的轴线方向由入口往出口方向依次等间距旋转设置九个插入式温度传感器(12),每个均匀等螺距的外凸螺旋肋(5)的螺距距离内平均布置三个插入式温度传感器(12),每旋转120。布置一个。
6.一种湿蒸汽吸热量测控装置,其特征是:它包括等温套管(11),等温套管(11)内壁和外壁上布置的膜片式温度传感器(13),等温套管(11)外壁上的电加热丝(19),多路模拟量输入模块(22),多路模拟量输出模块(24),固态调压器(25)，通讯总线(27)，交流电源(26)和工控机(23),所述的等温套管(11)的内壁和外壁表面均匀焊接四至六对膜片式温度传感器(13),等温套管(11)外壁紧密缠绕包覆电加热丝(19)，等温套管(11)内壁和外壁间具有I 1.5mm厚的无对流薄空气层,等温套管(11)内壁和外壁上布置的膜片式温度传感器(13)的信号线与多路模拟量输入模块(22)的输入端连接，多路模拟量输入模块(22)的输出端和多路模拟量输出模块(24)的输入端均分别通过通讯总线(27)与工控机(23)连接，多路模拟量输出模块(24)的输出端与固态调压器(25)的输入端连接，固态调压器(25)的电源端与交流电源(26)连接，固态调压器(25)的输出端与电加热丝(19)的引线连接。
7.根据权利要求6所述的一种湿蒸汽吸热量测控装置,其特征是:所述的等温套管(11)内壁和外壁上布置的膜片式温度传感 器(13)所采集到的温度信号经模/数转换后传输给工控机(23),经工控机(23)内温度控制策略程序运算后给出控制信号,控制信号经数/模转换后传输给固态调 压器(25)调节电压以控制电加热丝(19)的加热功率。
全文摘要
一种基于变界分段能平衡的软测量方法、多功能湿蒸汽测针及湿蒸汽吸热量测控装置，其特点是多功能湿蒸汽测针由电加热棒，带有均匀等螺距的外凸螺旋肋的电加热棒套管，多功能湿蒸汽测针外壁管，前传感器座和后传感器座组成。利用等温套管，等温套管内、外壁等间距分布的温度测点和计算机在线测控设备共同构成湿蒸汽吸热量测控装置。多功能湿蒸汽测针放置于湿蒸汽吸热量测控装置内，整体结构由外套筒，外套筒法兰盖和外套筒法兰盘压紧固定；基于湿蒸汽在上述结构中的流动受热过程机理分析，建立了软测量模型及测量结果的在线校验模型；整个设备结构简单，适用于多种涉及湿蒸汽两相流的测量领域尤其是凝汽式汽轮机排汽湿度测量。
文档编号G01N25/20GK103185735SQ201310073920
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者杨善让, 赵贺, 朱玉章, 张学军, 王升龙, 牛棚满, 赵波, 齐兵, 付玉民, 马士全 申请人:杨善让