一種濕蒸汽干度測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕蒸汽干度測量方法，通過測量流入待測管路的濕蒸汽在流入各測量單元時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)以及相鄰兩個(gè)測量單元的對(duì)流換熱系數(shù)的改變量來判斷濕蒸汽的干度；以及一種應(yīng)用上述濕蒸汽干度測量方法的測量裝置。本發(fā)明操作簡單，能耗低，相應(yīng)速度快，精度高，可適應(yīng)的干度范圍廣。
【專利說明】
一種濕蒸汽干度測量方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于兩相流測量領(lǐng)域，特別涉及一種濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)的測量方法及應(yīng)用該 方法測量濕蒸汽干度的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 蒸汽由于具有生產(chǎn)運(yùn)輸方便、焓值高、無毒無害等物理化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)被當(dāng)成一種 重要的二次能源，廣泛應(yīng)用于能源、冶金、化工、制藥和食品加工等領(lǐng)域，為生產(chǎn)生活提供熱 能與動(dòng)力。
[0003] 蒸汽在運(yùn)輸過程中主要是以兩相流濕蒸汽的形式存在。研究和生產(chǎn)實(shí)際顯示，蒸 汽的品質(zhì)，也就是蒸汽的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、壓力、干度和流量等對(duì)蒸汽的生產(chǎn)單位和使用 單位的生產(chǎn)效率和質(zhì)量有著重要影響。而兩相流濕蒸汽狀態(tài)參數(shù)的測量，尤其是干度的測 量，是一個(gè)國際性的難題。
[0004] 現(xiàn)階段采用的濕蒸汽干度測量方法主要有熱力學(xué)法、分離法、電導(dǎo)率法、中子密度 計(jì)等，普遍存在精度差、響應(yīng)速度慢、使用條件苛刻、可靠性差、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，缺乏實(shí)用 價(jià)值，8%的測量精度就屬國際先進(jìn)水平。綜合考慮各種濕蒸汽干度測量方法，其中以熱力學(xué) 法中的冷凝法和加熱法應(yīng)用較為廣泛。但是冷凝法需要提供冷卻水，在使用場合上受到很 大限制;加熱法需要消耗大量電能，響應(yīng)速度慢，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為彌補(bǔ)現(xiàn)有濕蒸汽干度測量方法的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明公開了一種響應(yīng)速度快、功 耗低，適應(yīng)干度范圍廣的濕蒸汽干度測量方法及測量裝置。
[0006] 本發(fā)明公開了一種濕蒸汽干度測量方法，包括如下步驟： (a) 濕蒸汽流入待測管路； (b) 控制每個(gè)測量單元中的電加熱管的加熱功率一致，均為P;待測量裝置穩(wěn)定后，通過 下列公式計(jì)算各測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)hi:
(1) 式(1)中： lu為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； P為各測量單元電加熱管的加熱功率； A為各測量單兀中電加熱管發(fā)熱部分的表面積； tWl為第i個(gè)測量單元中貼片式溫度傳感器的測量溫度； tfi為第i個(gè)測量單元中插入式溫度傳感器的測量溫度； (c) 按照下列公式計(jì)算相鄰兩個(gè)測量單元之間對(duì)流換熱系數(shù)的改變量： (2) 式(2)中：
ΛΙη為第i+1個(gè)測量單元和第i個(gè)測量單元測量測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)之差； lu為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； h1+1為第i+Ι個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； (d)根據(jù)Ahi的變化趨勢來判斷濕蒸汽干度X。
[0007] 進(jìn)一步地，增加所述測量單元的數(shù)量，可以增加濕蒸汽干度的測量精度，從而提高 對(duì)待測管路中濕蒸汽干度的測量精度。
[0008] -種應(yīng)用上述濕蒸汽干度測量方法的測量裝置，包括待測管路、測量單元，所述待 測管路內(nèi)沿蒸汽流動(dòng)方向設(shè)置至少4組測量單元;所述測量單元包括插入式溫度傳感器、電 加熱管、貼片式溫度傳感器，所述待測管路內(nèi)沿蒸汽流動(dòng)方向依次安裝有插入式溫度傳感 器、電加熱管，所述貼片式溫度傳感器安裝在電加熱管外表面上。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：同基于熱力學(xué)的加熱法相比，本發(fā)明公開的濕蒸汽干度測量 方法及裝置無需測量濕蒸汽的流量，操作更為簡單；因?yàn)闊o需將濕蒸汽完全加熱成過熱蒸 汽，能耗更低，相應(yīng)速度更快，可適應(yīng)的干度范圍也更廣。此外，該測量方法對(duì)濕蒸汽干度的 測量精度更高可達(dá)5%，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0010] 圖1為基于本發(fā)明的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為濕蒸汽對(duì)流換熱系數(shù)與干度的關(guān)系示意圖； 圖中：1、待測管路，2、測量單元，3、插入式溫度傳感器，4、電加熱管，5、貼片式溫度傳感 器。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 為使對(duì)本發(fā)明的特征和所達(dá)成的功效有進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例 和附圖配合詳細(xì)說明，說明如下： 如圖1所示，濕蒸汽干度測量裝置包括待測管路1、測量單元2,在待測管路1沿蒸汽流動(dòng) 方向依次布置5組測量單元2，所述測量單元2包括插入式溫度傳感器3、電加熱管4;貼片式 溫度傳感器5安裝在電加熱管4的外表面上。插入式溫度傳感器3沿待測管路1的徑向插入到 待測管路1的中央，從而讓插入式溫度傳感器3可以測量到流經(jīng)待測管路1的濕蒸汽的溫度； 電加熱管4沿測量管路1的徑向插入待測管路1，插入端距離待測管路1管壁另一端的距離小 于等于2_，不得觸碰管壁，防止電加熱管4的熱量被待測管路1吸收;貼片式溫度傳感器5固 定在電加熱管4外表面上，位于待測管路1的中央，用于測量電加熱管4的表面溫度。
[0012] 每個(gè)測量單元2中插入式溫度傳感器3、貼片式溫度傳感器5、電加熱管4的型號(hào)、尺 寸、安裝位置等均一致。
[0013]使用上述測量裝置的濕蒸汽干度測量方法是按照如下步驟進(jìn)行的： (1) 濕蒸汽流入待測管路1; (2) 控制每個(gè)測量單元2中的電加熱管4的加熱功率一致，均為P;待測量裝置穩(wěn)定后，通 過下列公式計(jì)算各測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)hi:
上式中： lu為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2-K); P為各測量單元電加熱管4的加熱功率，W; A為各測量單兀中電加熱管4發(fā)熱部分的表面積(該值為定值），m2; tWl為第i個(gè)測量單元中貼片式溫度傳感器4的測量溫度，K; tfi為第i個(gè)測量單元中插入式溫度傳感器2的測量溫度，K; (3 )按照下列公式計(jì)算相鄰兩個(gè)測暈單元之間對(duì)流換熱系數(shù)的改變量：
上式中： ΛΙη為第i+Ι個(gè)測量單元和第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)之差W/(m2，K); lu為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2-K); h1+1為第i+1個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m 2J); (4)根據(jù)傳熱學(xué)原理可知，在其他條件相同時(shí)，不同干度的濕蒸汽具有不同的對(duì)流換熱 系數(shù)，如圖2所示。濕蒸汽干度X從0%增加到100%的過程中，濕蒸汽的對(duì)流換熱系數(shù)隨干度的 改變呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，按規(guī)律可將整個(gè)過程劃分為I，Π ，ΙΠ ，IV，V五個(gè)區(qū)域。當(dāng)0〈x〈 10% 時(shí)為I區(qū)，此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)隨干度的增加呈快速上升趨勢；當(dāng)10%〈x〈50%時(shí)為Π 區(qū)，此時(shí)對(duì) 流換熱系數(shù)幾乎不隨干度的增加而改變;當(dāng)50%〈x〈85%時(shí)為ΙΠ 區(qū)，此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)隨干度 的增加呈慢速上升趨勢；當(dāng)85%〈x〈90%時(shí)為IV區(qū)，此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)隨干度的增加呈快速下 降趨勢；當(dāng)90%〈x〈100%時(shí)為V區(qū)，此時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)隨干度的增加呈慢速上升趨勢；I區(qū)以 前為液態(tài)水，V區(qū)以后為過熱蒸汽。因此可以根據(jù)和的變化趨勢來判斷待測濕蒸汽的干度。 具體判斷方法如下。
[0014] (&)若:_|_1￡=_爲(wèi):,:5:)，且當(dāng):- 2,…，m-Ι組測量單元處于V區(qū)，第m，m+l，…，5組測量單元處在過熱蒸汽中，則濕蒸汽的干 度1>90%。例如111到115均大于0 4€2=3731(4€3=3831(，即111=3，則在第3測量單元時(shí)濕蒸汽已經(jīng) 過熱，第1、2兩個(gè)測量單元處在V區(qū)內(nèi)，這時(shí)判斷濕蒸汽的干度x>90%，可取中間值x=95%。
[0015] (b)若當(dāng):K丨釋濟(jì):玄時(shí)有義.喝:，當(dāng)/乏m )時(shí)有厶氣〉?)，說明第1，2，···，ηι 組測量單元處于IV區(qū)，第m+l，m+2,…，5組測量單元處于V區(qū)或者過熱蒸汽中，則濕蒸汽的 干度X 為 85〈x〈90%。例如hi=20000W/(m2.K)，h2=2500W/(m2.K)，h 3=2700W/(m2.K)，h4=2900W/ (n^K)，h5=3100W/(n^K)，即m=2,說明濕蒸汽的對(duì)流換熱系數(shù)經(jīng)歷了一個(gè)快速下降的過程， 從圖2中可以看出，該過程只能出現(xiàn)在IV區(qū)。也就是說第1組測量單元處在IV區(qū)，后面4組測 量單元處在V區(qū)或者過熱蒸汽中，這時(shí)判斷濕蒸汽的干度為85%〈x〈90%，可取中間值x= 87.5%〇
[0016] (c)若當(dāng)? <極時(shí)有錢;_，當(dāng)極幻</時(shí)有.Δ為功，當(dāng)時(shí)有騎趣兮:?5 )，說 明第1，2,…，m組測量單元處于Π ，ΙΠ 區(qū)，第m+1，m+2,…，1組測量單元處于IV區(qū)，第1 + 1，1 + 氣裕.. 2，…，5組測量單元處于V區(qū)或者過熱蒸汽中，則濕蒸汽的干度為v 4的~· Γ、一^。例如hi= 18000W/(m2.K)，h2=19000W/(m2.K)，h3=20000W/(m 2.K)，h4=2900W/(m2.K)，h5=3100W/(m2.K)， 艮Pm=3，l=4,也就是說濕蒸汽的對(duì)流換熱系數(shù)經(jīng)歷了一個(gè)慢速上升、快速下降、慢速上升的 過程。由于濕蒸汽經(jīng)過每個(gè)測量單元發(fā)生的干度改變量是相等的，第3測量單元和第4測量 單元之間濕蒸汽干度的改變量為5%，則認(rèn)為濕蒸汽的干度x=80%。
[0017] (d)若當(dāng) ?.(附（構(gòu)心）時(shí)，有輪續(xù)，邊..土.惑:士爲(wèi)，，說明 1，2，…，m-1 組測量單元處于I區(qū)，則濕蒸汽的干度為〇〈x〈l〇%。例如111=50001/(1112.1〇，112=150001/(111 2· K)，h3=16000W/(m2 .K)，h4=17000W/(m2 .K)，h5=18000W/(m2 .K)，霉:=.χ餘…屬=3?3C，即m= 2,說明濕蒸汽的對(duì)流換熱系數(shù)經(jīng)歷了一個(gè)快速上升的過程，這時(shí)可以認(rèn)為濕蒸汽的干度為 0〈x〈 10%，可取中間值x=5%。
[0018] 如果未出現(xiàn)上述(a)到（d)的情形，可以逐漸增大每個(gè)測量單元中的電加熱管4的 加熱功率，直到測量得到的值出現(xiàn)很明顯的跨區(qū)現(xiàn)象，再重復(fù)步驟⑴到⑷，完成測量。
[0019] 電加熱管4的加熱功率P不可能無限增大，必然存在一個(gè)最大值。如果P達(dá)到最大值 時(shí)仍未出現(xiàn)上述(a)到(d)的情形，說明流過測量管路1的濕蒸汽的流量太大，有限的功率不 足以使其干度發(fā)生明顯的變動(dòng)。此時(shí)可以減少濕蒸汽的流量，再重復(fù)步驟(1)到(4)，完成測 量。
[0020] 另外，增加測量單元2的數(shù)量，可以采集更多數(shù)據(jù)用于判斷傳熱系數(shù)的變化規(guī)律， 從而可以更加清晰地判斷各個(gè)測量單元所處的工作區(qū)域，進(jìn)而辨別第1個(gè)測量單元所處的 工作區(qū)域，提高濕蒸汽干度的測量精度，提高對(duì)待測管路1中濕蒸汽干度的測量精度。
[0021] 同基于熱力學(xué)的加熱法比，本發(fā)明公開的濕蒸汽干度測量裝置及方法無需測量濕 蒸汽的流量，結(jié)構(gòu)更為簡單；因?yàn)闊o需將濕蒸汽完全加熱成過熱蒸汽，能耗更低，相應(yīng)速度 更快，可適應(yīng)的干度范圍也更廣。此外，該測量方法對(duì)濕蒸汽干度的測量精度可達(dá)5%，高于 現(xiàn)有技術(shù)中8%的測量精度，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
[0022] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本發(fā)明 的原理，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化 和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及 其等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種濕蒸汽干度測量方法，其特征在于包括如下步驟： (a) 濕蒸汽流入待測管路（1); (b) 控制每個(gè)測量單元（2)中的電加熱管（4)的加熱功率一致，均為；待測量裝置穩(wěn)定 后，通過下列公式計(jì)算各測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)：(1) 式(1)中： hi為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； P為各測量單元電加熱管的加熱功率； A為各測量單元中電加熱管發(fā)熱部分的表面積； tWi為第i個(gè)測量單元中貼片式溫度傳感器的測量溫度； tfi為第i個(gè)測量單元中插入式溫度傳感器的測量溫度； (C )按照下列公式計(jì)算相鄰兩個(gè)測量單元之間對(duì)流換熱系數(shù)的改變量Ahi:(2) 式(2)中： Ahi為第i+1個(gè)測量單元和第i個(gè)測量單元測量測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)之差； hi為第i個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； hw為第i+1個(gè)測量單元測量得到的對(duì)流換熱系數(shù)； (d)根據(jù)Ahi的變化趨勢來判斷濕蒸汽干度X。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種濕蒸汽干度測量方法，其特征在于：增加所述測量單元 (2)的數(shù)量，可W增加濕蒸汽干度的測量精度，從而提高對(duì)待測管路中濕蒸汽干度的測量精 度。3. -種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的濕蒸汽干度測量方法的測量裝置，其特征在于包括待測 管路（1)、測量單元(2)，所述待測管路（1)內(nèi)沿蒸汽流動(dòng)方向設(shè)置至少4組測量單元(2)，所 述測量單元(2)包括插入式溫度傳感器(3)、電加熱管(4)、貼片式溫度傳感器巧），所述待測 管路(1)內(nèi)沿蒸汽流動(dòng)方向依次安裝有插入式溫度傳感器(3)、電加熱管(4)，所述貼片式溫 度傳感器巧)安裝在電加熱管(4)外表面上。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK105973932SQ201610280285
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】王筱廬, 王澤元, 王文東
【申請人】西安若水電氣設(shè)備有限公司