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

Классы МПК:G01N25/60 определение влажности пара 
Патентообладатель(и):Коваленко Александр Васильевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-10-04
публикация патента:

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения параметров влажного пара. Заявлено устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового и массового 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, а также участок постоянного сечения потока, расположенный за турбулизатором, содержащий приемники всех измерителей. Причем устройство дополнительно содержит узел отбора пробы пара и модуль определения опорных значений степени сухости, подключенный к узлу отбора пробы пара и к контроллеру. Технический результат - повышение точности определения параметров влажного пара. 1 ил. устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

Рисунки к патенту РФ 2522144

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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(Рcm) определяют табличные параметры теплоносителя: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 - плотность паровой фазы;

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ' - плотность жидкой фазы;

iустройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 - 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, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 Р, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 Рp из системы уравнений (1), (2) получают значения истинного объемного паросодержания (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) и скорости фаз потока (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) на гомогенизированном измерительном участке после турбулизатора:

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

где устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 РP - сигнал измерителя динамического разрежения;

kp - коэффициент сигнала измерителя динамического разрежения;

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 Р - сигнал измерителя динамического напора;

k - коэффициент сигнала измерителя динамического напора.

Расходная плотность потока (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) в пределах гомогенизированного измерительного участка соответствует «местной плотности» потока (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 мест):

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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

Степень сухости (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) контролируемого потока влажного пара (определенная по параметру истинного объемного паросодержания на гомогенизированном участке):

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

Энтальпия (i) контролируемого потока влажного пара:

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

Массовый расход (G) контролируемого потока влажного пара:

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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 (kp). 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 (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) 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):

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 1, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 1, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 2, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 2, k, kp.

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 устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 секунд. То есть имеет место запаздывание аргумента устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 к текущему моменту времени на отрезок временного интервала устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 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: устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 , устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 .

Схема решения этой системы уравнений. По измеренным параметрам (исходного режима): - устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 1 (опорное значение степени сухости) на момент времени (t1) и Pcm, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 P1, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 на момент времени (t1-устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) - первый набор данных;

1. Для момента времени t1-устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 из уравнения (3) определяют устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 1:

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

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

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

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

4. Из уравнения (1), используя определенные значения kp и устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 1, получают значение k:

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

По измеренным параметрам другого (изменившегося режима): - устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 2 (опорное значение степени сухости) на момент времени (t2) и, Рcm, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 Р2, устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 на момент времени (t2-устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) - второй набор данных;

5. Для момента времени t2-устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 из уравнений (1), (2), (3), при i=2, и фиксированных значениях коэффициентов kp, k, определенных по параметрам исходного режима, определяют невязку (устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 ) значений скорости потока, получаемых соответственно из уравнений (1) и (2):

устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144

Если значение невязки устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 >|0,001|, то изменяют (увеличивают или уменьшают) принятое значение kp, например, на 0,001 и возвращаются к шагу 3 алгоритма вычисления.

Увеличивать или уменьшать значение kp 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 устройство для определения степени сухости, энтальпии, теплового   и массового расхода влажного пара, патент № 2522144 <=|0,001|, то «утверждаются» значения коэффициентов kp, 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 kр, 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).

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.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2522144

patent-2522144.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс G01N25/60 определение влажности пара 

Патенты РФ в классе G01N25/60:
устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов потока влажного пара -  патент 2521237 (27.06.2014)
устройство для исследования средств контроля потока влажного пара -  патент 2502990 (27.12.2013)
способ контроля истинного объемного паросодержания и скоростей фаз влажного пара в паропроводе на потоке -  патент 2488103 (20.07.2013)
устройство для определения степени сухости потока влажного пара -  патент 2475730 (20.02.2013)
система регулирования энтальпии теплоносителя в паропроводе прямоточного парогенератора влажного пара -  патент 2464550 (20.10.2012)
устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов влажного пара -  патент 2459198 (20.08.2012)
устройство для контроля тепловой мощности, массового расхода, энтальпии и степени сухости потока влажного пара -  патент 2444726 (10.03.2012)
способ определения теплопроизводительности прямоточного парогенератора влажного пара с деаэратором -  патент 2431826 (20.10.2011)
способ определения степени сухости пара -  патент 2421714 (20.06.2011)
способ контроля степени сухости влажного пара -  патент 2380694 (27.01.2010)


Наверх