專利名稱：一種濕飽和蒸汽干度及流量一體化測(cè)量裝置及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流量計(jì)量領(lǐng)域，特別是涉及一種濕飽和蒸汽干度及流量一體化測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
一次能源大都是轉(zhuǎn)化成蒸汽而加以利用的。對(duì)于濕飽和蒸汽，正確計(jì)量蒸汽量并同時(shí)得知它的干度是具有很大意義的。目前多采用分立式測(cè)量法——即分別測(cè)出蒸汽的干度和流量爾后推導(dǎo)出蒸汽的全焓。近年來盡管對(duì)這類兩相流動(dòng)的載能體進(jìn)行了多種物理效應(yīng)的測(cè)量試驗(yàn)，如輻射吸收法、光測(cè)法、電極法，熱線風(fēng)速法等多種，但精度低，成本高，要求條件荷刻是這些方法的通病。迄今為止未見一臺(tái)流量一干度一體化儀表在線實(shí)際應(yīng)用。另一方面，實(shí)用工業(yè)蒸汽鍋爐大都是飽和蒸汽鍋爐，不知道蒸汽的干度，就不能保證蒸汽的品質(zhì)，繼而也就不能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，這歷來就是鍋爐生產(chǎn)廠家和用戶關(guān)心而又沒能解決的問題。此外，隨著熱電聯(lián)合應(yīng)用，聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展，不能準(zhǔn)確測(cè)定蒸汽的干度，也為利用飽和蒸汽的有關(guān)單位的經(jīng)濟(jì)結(jié)算帶來困難，因此研制一種實(shí)用性強(qiáng)，能一次測(cè)量出蒸汽的全焓的流量計(jì)既是工業(yè)發(fā)展的需要，也是一項(xiàng)具有開拓性意義的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明沖破傳統(tǒng)的要測(cè)兩相流，必先測(cè)空隙率的束縛，利用蒸汽相變這一兩相流測(cè)定的不利因素，提供一種新的測(cè)量裝置和測(cè)量方法，從而可以在測(cè)得濕飽和蒸汽的流量的同時(shí)在線測(cè)出其干度，這為即時(shí)評(píng)價(jià)蒸汽的品質(zhì)品位，結(jié)算蒸汽的全焓，提供了一種簡(jiǎn)捷直觀的測(cè)量裝置和測(cè)量方法。一種濕飽和蒸汽干度及流量一體化測(cè)量裝置，其特征在于包括旁路管道、控制裝置、測(cè)濕電熱器、測(cè)流電熱器、基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置、飽和溫度測(cè)量裝置、過熱溫度測(cè)量裝置、 孔板流量計(jì)、前端壓力測(cè)量裝置和后端壓力測(cè)量裝置，測(cè)濕電熱器和測(cè)流電熱器順序設(shè)置在旁路管道內(nèi)，基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置安裝在測(cè)濕電熱器一側(cè)，飽和溫度測(cè)量裝置安裝在測(cè)濕電熱器和測(cè)流電熱器之間，過熱溫度測(cè)量裝置安裝在測(cè)流電熱器另一側(cè)，旁路管道并聯(lián)到主管道上，孔板流量計(jì)安裝在主管道內(nèi)，前端壓力測(cè)量裝置和后端壓力測(cè)量裝置安裝在孔板流量計(jì)兩側(cè)。進(jìn)一步，在旁路管道的入口處安裝有旁通入口閥，旁通入口閥的開度經(jīng)控制裝置控制。進(jìn)一步，在旁路管道的出口處安裝有旁通出口閥和放空閥，通過控制旁通出口閥和放空閥來維持旁路管道濕飽和蒸汽干度和流量的正常測(cè)量。進(jìn)一步，測(cè)濕電熱器和測(cè)流電熱器置于與旁路管道同心的位置，兩個(gè)電熱器的最近端相距80mm。進(jìn)一步，旁路管道的直徑選為主管道直徑的1/10。進(jìn)一步，測(cè)濕電熱器和測(cè)流電熱器選用鎳鉻絲。
本發(fā)明還公開了采用上述測(cè)量裝置測(cè)量全焓的方法，包括如下步驟
1)通過基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置、飽和溫度測(cè)量裝置和過熱溫度測(cè)量裝置測(cè)量旁路管道中a、 b、c三點(diǎn)的介質(zhì)溫度，其中a點(diǎn)位于測(cè)濕電熱器一側(cè)，b點(diǎn)位于測(cè)濕電熱器和測(cè)流電熱器之間，c點(diǎn)位于測(cè)流電熱器另一側(cè)；
2)通過前端壓力測(cè)量裝置和后端壓力測(cè)量裝置測(cè)量孔板流量計(jì)兩側(cè)的壓力值；
3)通過a、b、c三點(diǎn)的溫度查表得到這三點(diǎn)的相應(yīng)熱力學(xué)參數(shù) a點(diǎn)溫度下干飽和蒸汽的焓ha"，
a點(diǎn)溫度下飽和水的焓ha ‘， a點(diǎn)溫度下飽和水的氣化潛熱Y， b點(diǎn)介質(zhì)的焓hb， c點(diǎn)介質(zhì)的焓h。， a點(diǎn)的飽和壓力Pa， a點(diǎn)飽和蒸汽的比容va"， b點(diǎn)過熱蒸汽的比容vb， 以及c點(diǎn)過熱蒸汽的比容ν。；
4)根據(jù)公式計(jì)算出a點(diǎn)的濕飽和蒸汽干度X，
權(quán)利要求
1.一種濕飽和蒸汽干度及流量一體化測(cè)量裝置，其特征在于包括旁路管道(13)、控制裝置(10)、測(cè)濕電熱器(11)、測(cè)流電熱器(8)、基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置(12)、飽和溫度測(cè)量裝置(9)、過熱溫度測(cè)量裝置(7)、孔板流量計(jì)(1)、前端壓力測(cè)量裝置(15)和后端壓力測(cè)量裝置(3)，測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8)順序設(shè)置在旁路管道(13)內(nèi)，基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置(12 )安裝在測(cè)濕電熱器(11) 一側(cè)，飽和溫度測(cè)量裝置(9 )安裝在測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8 )之間，過熱溫度測(cè)量裝置(7 )安裝在測(cè)流電熱器(8 )另一側(cè)，旁路管道(13 )并聯(lián)到主管道上，孔板流量計(jì)(1)安裝在主管道(2)內(nèi)，前端壓力測(cè)量裝置(15)和后端壓力測(cè)量裝置(3 )安裝在孔板流量計(jì)(1)兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置，其特征在于在旁路管道(13)的入口處安裝有旁通入口閥(14)，旁通入口閥(14)的開度經(jīng)控制裝置(10)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量裝置，其特征在于在旁路管道(13)的出口處安裝有旁通出口閥(4)和放空閥(5)，通過控制旁通出口閥(4)和放空閥(5)來維持旁路管道 (13)濕飽和蒸汽干度和流量的正常測(cè)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8)置于與旁路管道(13)同心的位置，兩個(gè)電熱器的最近端相距80mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于旁路管道(13)的直徑選為主管道直徑的1/10。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置，其特征在于測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8)選用鎳鉻絲。
7.采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的測(cè)量裝置測(cè)量全焓的方法，包括如下步驟1)通過基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置(12)、飽和溫度測(cè)量裝置(9)和過熱溫度測(cè)量裝置(7)測(cè)量旁路管道中a、b、c三點(diǎn)的介質(zhì)溫度，其中a點(diǎn)位于測(cè)濕電熱器(11) 一側(cè)，b點(diǎn)位于測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8 )之間，c點(diǎn)位于測(cè)流電熱器(8 )另一側(cè);2)通過前端壓力測(cè)量裝置(15)和后端壓力測(cè)量裝置(3)測(cè)量孔板流量計(jì)(1)兩側(cè)的壓力值；3)通過a、b、c三點(diǎn)的溫度查表得到這三點(diǎn)的相應(yīng)熱力學(xué)參數(shù) a點(diǎn)溫度下干飽和蒸汽的焓ha"；a點(diǎn)溫度下飽和水的焓ha ‘； a點(diǎn)溫度下飽和水的氣化潛熱Y ； b點(diǎn)介質(zhì)的焓hb; c點(diǎn)介質(zhì)的焓h。； a點(diǎn)的飽和壓力Pa ； a點(diǎn)飽和蒸汽的比容va"，； b點(diǎn)過熱蒸汽的比容vb; 以及c點(diǎn)過熱蒸汽的比容V。；4)根據(jù)公式(8)計(jì)算出a點(diǎn)的濕飽和蒸汽干度χ:⑶，其中χ——a點(diǎn)濕飽和蒸汽的干度(kg/kg)； ha'——a點(diǎn)溫度下飽和水的焓(kj/kg)； hb——b點(diǎn)介質(zhì)的焓(kj/kg)； hc——c點(diǎn)介質(zhì)的焓(kj/kg)；K——測(cè)濕電加熱器對(duì)介質(zhì)的加熱功率(kw)；Wy—測(cè)流電加熱器對(duì)介質(zhì)的加熱功率(kw)；Y——a點(diǎn)溫度下飽和水的氣化潛熱(kj/kg)； 5 )根據(jù)公式(9 )計(jì)算出旁路管道(13)中質(zhì)量流量G〃 = Wy /( hc-hb)O);6)、根據(jù)公式(10)計(jì)算出主管道中的質(zhì)量流量φ - ^4 ε 4 ^2 AFp1()，其中G'——主管道的質(zhì)量流量(kg/s); c——流出系數(shù)； e——體流束膨脹系數(shù)； β—直徑比；d——孔板流量計(jì)節(jié)流直徑(m)； Δ P——上下游壓差(Pa)； P ！——上游流體密度；7)根據(jù)公式(13)計(jì)算旁路管道和主管道的總質(zhì)量流量 G=G' +G"(13)；8)根據(jù)公式(14)計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道的介質(zhì)的總焓(kj/s) H=G ha=G[x ha" +(1-x) ha' ](14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于調(diào)節(jié)旁路管道(13)入口處旁通入口閥 (14)的開度，保證測(cè)濕加熱器(11)的功率巧=2 3kw時(shí)，b、a兩點(diǎn)間的溫差C1 = 2°C，使得測(cè)濕加熱器(11)能夠?qū)裾羝訜岢晌⑦^熱蒸汽；同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)流加熱器(8)的功率,使得c、b兩點(diǎn)間的溫差C2 = 5°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于在主管道流量不足時(shí)，通過關(guān)閉旁路管道(13)出口處安裝的旁通出口閥(4)和開啟旁路管道(13)出口處安裝的放空閥(5)來維持旁路管道(13)濕飽和蒸汽干度和流量的正常測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濕飽和蒸汽干度及流量一體化測(cè)量裝置，測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8)順序設(shè)置在旁路管道(13)內(nèi)，基點(diǎn)溫度測(cè)量裝置(12)安裝在測(cè)濕電熱器(11)一側(cè)，飽和溫度測(cè)量裝置(9)安裝在測(cè)濕電熱器(11)和測(cè)流電熱器(8)之間，過熱溫度測(cè)量裝置(7)安裝在測(cè)流電熱器(8)另一側(cè)，旁路管道(13)并聯(lián)到主管道上，孔板流量計(jì)(1)安裝在主管道(2)內(nèi)，前端壓力測(cè)量裝置(15)和后端壓力測(cè)量裝置(3)安裝在孔板流量計(jì)(1)兩側(cè)。通過測(cè)量旁路管道內(nèi)的三個(gè)點(diǎn)的溫度以及電加熱量，即可測(cè)量出管道內(nèi)濕飽和蒸汽的干度及全焓。此裝置原理可靠、信號(hào)處理簡(jiǎn)單、測(cè)量方法實(shí)用，對(duì)可變兩相流測(cè)量的理論和實(shí)踐具有重大意義。
文檔編號(hào)G01F1/86GK102353412SQ201110190519
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者張萬璐, 張穹希, 李景儀, 杜文偉, 趙奕奕 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院