專利名稱：雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種雙層管直接加熱方式測(cè)量流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
流動(dòng)濕蒸汽在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，尤其是在包括常規(guī)電站汽輪機(jī)、核電站汽輪機(jī)、地?zé)犭娬酒啓C(jī)等的凝汽式汽輪機(jī)中應(yīng)用最為常見(jiàn)。蒸汽中包含的水珠隨高速流動(dòng)的蒸汽運(yùn)動(dòng)，以很高的速度沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)零部件，不僅會(huì)造成汽輪機(jī)效率的降低；還將造成轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的磨蝕，以至造成嚴(yán)重的事故。因此，在汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，流動(dòng)蒸汽濕度的選擇和測(cè)量一直為工程技術(shù)人員廣為重視。流動(dòng)濕蒸汽濕度的測(cè)量方法很多，主要有熱力法、光學(xué)法、示蹤法、電容法等；但在工程實(shí)踐，尤其是在凝汽式汽輪機(jī)的工程實(shí)踐中，主要還是熱力法和光學(xué)法這兩種；然而由于這些方法以及與這些方法相應(yīng)的測(cè)量裝置本身的缺陷，大都還只停留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，沒(méi)有形成一個(gè)可供工程實(shí)際應(yīng)用的，尤其是對(duì)那些不僅需要對(duì)濕蒸汽濕度進(jìn)行測(cè)量，而且還需要對(duì)濕蒸汽濕度進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)視的成熟儀器。
采用熱力法和光學(xué)法測(cè)量濕度時(shí)，對(duì)被測(cè)量的流動(dòng)濕蒸汽都存在著一定的擾動(dòng)，需要采取一定的措施，消除這些擾動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。光學(xué)法相對(duì)于熱力法而言，比較新穎，人們也比較感興趣；但由于光學(xué)法測(cè)量濕度原理的復(fù)雜性，以及測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)上的特殊性，使用的光學(xué)玻璃極易污染，盡管采用了一些特殊保護(hù)措施，也只能在較短時(shí)期內(nèi)使用；而熱力法是一種以成熟可靠的能量平衡原理為基礎(chǔ)的測(cè)量方法，測(cè)量原理簡(jiǎn)明易懂，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，得到人們普遍的重視；但由于濕蒸汽汽輪機(jī)中，級(jí)間測(cè)量空間狹窄，還沒(méi)有形成一種既能測(cè)量末級(jí)后，也能測(cè)量級(jí)間濕度的濕度測(cè)量?jī)x器。
最典型的能應(yīng)用于汽輪機(jī)級(jí)間濕度測(cè)量的、以加熱法為基礎(chǔ)的、并稱得上是儀器的還數(shù)30年前，在英國(guó)的CEGB研制成功的濕度探針。該濕度探針采用的加熱方法是，在濕蒸汽取樣流經(jīng)的通道內(nèi)插入加熱元件來(lái)對(duì)濕蒸汽加熱，在管外同心地套上另一根管子，在兩管之間的空腔內(nèi)抽真空，以減小因?qū)α髟斐傻臒崃繐p失；沒(méi)有考慮因輻射和兩端對(duì)外的導(dǎo)熱引起的熱量損失。
由于現(xiàn)有的加熱法流動(dòng)濕蒸汽測(cè)試技術(shù)還不能很好地解決對(duì)流動(dòng)濕蒸汽加熱過(guò)程中的熱量損失問(wèn)題，使加熱法濕度測(cè)量的正確性難以保證；而且由于汽輪機(jī)級(jí)間空間的限制，測(cè)量還只能在空間大的末級(jí)后進(jìn)行。因此，在汽輪機(jī)級(jí)間的狹窄空間內(nèi)用加熱法為基礎(chǔ)的測(cè)量技術(shù)也未解決，更不能為長(zhǎng)期運(yùn)行的汽輪機(jī)提供一種濕度監(jiān)測(cè)儀器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，既能為濕蒸汽汽輪機(jī)通流部分或濕蒸汽汽輪機(jī)級(jí)的研究需要而進(jìn)行濕度測(cè)量，又能為長(zhǎng)期運(yùn)行的汽輪機(jī)進(jìn)行濕度監(jiān)視。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，包括進(jìn)口段、加熱段和出口段三部分；進(jìn)口段連接加熱段；加熱段連接出口段，加熱段的內(nèi)層加熱管外套有中層加熱管；中層加熱管外套有外層支撐管；內(nèi)層加熱管、中層加熱管、外層支撐管之間互相絕緣，并留有間距，進(jìn)口段與加熱段的一端通過(guò)左端絕緣的絕熱連接件相連，出口段與加熱段的另一端通過(guò)右端絕緣的絕熱連接件相連。
進(jìn)口段的截面積與內(nèi)層加熱管的截面積相等。
圓形內(nèi)層加熱管的管徑5mm-10mm。
進(jìn)口段的進(jìn)口直管段中心線與加熱段中心線之間的夾角90°-180°。
在進(jìn)口段的進(jìn)口各邊中間部位設(shè)置有方向針管，方向針管沿進(jìn)口段的外側(cè)壁和加熱段的管間空隙延伸至出口段的管線連接盒。
本發(fā)明的雙層加熱管以及連接件采用絕緣的絕熱材料，使得內(nèi)層加熱管對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)，以對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱三種方式向外散失熱量的途徑都被切斷，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)層加熱管對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)的“零熱量損失”。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)是本發(fā)明進(jìn)口段俯視圖；圖2(b)是本發(fā)明進(jìn)口段正視圖；圖3(a)是本發(fā)明測(cè)壓時(shí)靜壓針管外側(cè)式結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是本發(fā)明測(cè)壓時(shí)靜壓針管前置式結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明包括進(jìn)口段A、加熱段B和出口段C三部分；進(jìn)口段A連接加熱段B；加熱段B連接出口段C，加熱段B的內(nèi)層加熱管5外套有中層加熱管4；中層加熱管4外套有外層支撐管3；內(nèi)層加熱管5、中層加熱管4、外層支撐管3之間互相絕緣，并留有間距，進(jìn)口段A與加熱段B的一端通過(guò)左端絕緣的絕熱連接件2相連，出口段C與加熱段B的另一端通過(guò)右端絕緣的絕熱連接件6相連。出口段C中7表示熱電偶接頭，8表示加熱電源，9表示測(cè)壓管接頭，10表示管線輸出盒，12表示內(nèi)層加熱管出口，13表示內(nèi)層加熱管進(jìn)口。出口過(guò)熱蒸氣11的壓力和溫度測(cè)量位置均設(shè)在內(nèi)層加熱管5下游的排汽管內(nèi)。
參照?qǐng)D2(a)、(b)所示，進(jìn)口段A截面積的大小就決定了流動(dòng)濕蒸汽取樣1的數(shù)量。在應(yīng)用于濕蒸汽汽輪機(jī)的情況下，采用相當(dāng)于直徑為5mm～10mm的圓管的截面積是合適的。
進(jìn)口段A的進(jìn)口下游直管段中心線與加熱段B中心線之間的夾角β，根據(jù)濕度測(cè)量?jī)x安裝的取向和被測(cè)流動(dòng)濕蒸汽的流動(dòng)方向確定，在90°-180°之間，進(jìn)口段A的轉(zhuǎn)彎處保持圓滑過(guò)渡連接。
在進(jìn)口段的進(jìn)口直管段的外側(cè)壁面中間順氣流方向，即進(jìn)口段各邊中間各安置一根測(cè)量方向的方向針管14、15、16、17，每根方向針管的頭部斜切成與所在壁平面成30°～45°角度，角頂與進(jìn)口平面齊平。相對(duì)邊外側(cè)的兩個(gè)方向針管14、16以及15、17分別組成一對(duì)。每對(duì)方向針管的兩根針管間的壓差與濕蒸汽流動(dòng)方向之間的關(guān)系通過(guò)校正風(fēng)洞試驗(yàn)得到。
在進(jìn)口直管段內(nèi)壁上設(shè)置靜壓孔18，測(cè)量進(jìn)口直管段內(nèi)的靜壓。
當(dāng)進(jìn)口直管段內(nèi)的靜壓與進(jìn)口直管段外的靜壓相同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“等動(dòng)能取樣”。
加熱段的三根同心直管中，內(nèi)層加熱管5和中層加熱管4的電阻率較高，直接作為加熱元件；外層支撐管3的作用，在于連接和支撐濕度測(cè)量?jī)x的各個(gè)部件，并保護(hù)中層加熱管4與內(nèi)層加熱管5。外層支撐管3應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度，能抵擋高速流動(dòng)濕蒸汽的沖擊。
兩端的端部連接件2、6采用絕熱的電絕緣材料制成，既可防止熱傳導(dǎo)，又可保持三根同心直管之間的電絕緣。
內(nèi)層加熱管5和中層加熱管4的兩端分別用導(dǎo)線與加熱電源8連接。
當(dāng)內(nèi)層加熱管5兩端接通電流后，管壁的溫度逐漸升高，并對(duì)流過(guò)內(nèi)層加熱管5的流動(dòng)濕蒸汽加熱，使進(jìn)口處的濕蒸汽取樣1被逐步加熱到出口處變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽11。所加入的熱量由加熱電源8的電流強(qiáng)度I和電壓V決定。
當(dāng)中層加熱管4的兩端接通電流時(shí)，中層加熱管4管壁的溫度升高。調(diào)整中層加熱管4的電流大小，使中層加熱管4管壁與內(nèi)層加熱管5管壁的溫度保持相同，即兩者的溫度差為零。這就意味著內(nèi)層加熱管5在加熱濕蒸汽時(shí)，以對(duì)流和輻射方式向外散失的熱量為零。
由于端部連接件2、6是絕熱的，當(dāng)內(nèi)層加熱管5和中層加熱管4溫度升高時(shí)，使本來(lái)就不大的以導(dǎo)熱方式向外散失的熱量就變得更微乎其微。
因此，由于內(nèi)層加熱管5對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)，以對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱三種方式向外散失熱量的途徑都被切斷，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)層加熱管5對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)的“零熱量損失”。
加熱電源線從外層支撐管3與中層加熱管4之間的間隙通向管線連接盒10。
進(jìn)出口壓力和方向針管14、15、16、17、熱電偶連接線均穿過(guò)加熱段B的管間間隙通向管線連接盒10。
參照?qǐng)D3(a)、(b)所示，進(jìn)口段A管外流動(dòng)濕蒸汽取樣1的靜壓可以采用兩種不同方式測(cè)量；一種是在進(jìn)口段A的直管段外外置一個(gè)靜壓測(cè)管19；一種是在進(jìn)口段A的直管段中心線上設(shè)置一個(gè)靜壓測(cè)管19。
權(quán)利要求
1.雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，包括進(jìn)口段(A)、加熱段(B)和出口段(C)三部分；進(jìn)口段(A)連接加熱段(B)；加熱段(B)連接出口段(C)，其特征在于，加熱段(B)的內(nèi)層加熱管(5)外套有中層加熱管(4)；中層加熱管(4)外套有外層支撐管(3)；內(nèi)層加熱管(5)、中層加熱管(4)、外層支撐管(3)之間互相絕緣，并留有間距，進(jìn)口段(A)與加熱段(B)的一端通過(guò)左端絕緣的絕熱連接件(2)相連，出口段(C)與加熱段(B)的另一端通過(guò)右端絕緣的絕熱連接件(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，其特征在于，進(jìn)口段(A)的截面積等于加熱段(B)的內(nèi)層加熱管的截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，其特征在于，加熱段(B)的內(nèi)層加熱管截面積相當(dāng)于直徑為5mm-10mm的圓管截面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，其特征在于，進(jìn)口段(A)的平直中心線與加熱段(B)中心線之間的夾角為90°-180°，決定于濕度測(cè)量?jī)x安裝的取向和被測(cè)流動(dòng)濕蒸汽的流動(dòng)方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，其特征在于，在進(jìn)口段(A)的進(jìn)口各邊的中間部位設(shè)置有方向針管(14、15、16、17)，方向針管(14、15、16、17)沿進(jìn)口段(A)的外側(cè)壁和加熱段(B)的管間間隙延伸至出口段(C)的管線連接盒(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，其特征在于，方向針管(14、15、16、17)的頭部與進(jìn)口段(A)的進(jìn)口直管段外側(cè)壁平面成30°～45°角度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種雙層管直接加熱式流動(dòng)濕蒸汽濕度測(cè)量?jī)x，進(jìn)口段連接加熱段；加熱段連接出口段，加熱段的內(nèi)層加熱管外套有中層加熱管；中層加熱管外套有外層支撐管；內(nèi)層加熱管、中層加熱管、外層支撐管之間互相絕緣，并留有間距，進(jìn)口段與加熱段的一端通過(guò)左端絕緣的絕熱連接件相連，出口段與加熱段的另一端通過(guò)右端連接件相連。在進(jìn)口段的進(jìn)口各邊中間部位設(shè)置有方向針管，方向針管沿進(jìn)口段的外側(cè)壁和加熱段的管間空隙延伸至出口段的管線連接盒。本發(fā)明的雙層加熱管以及連接件采用絕緣的絕熱材料，使得內(nèi)層加熱管對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)，以對(duì)流、輻射和導(dǎo)熱三種方式向外散失熱量的途徑被切斷，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)層加熱管對(duì)濕蒸汽加熱時(shí)的“零熱量損失”。
文檔編號(hào)G01N25/56GK1793878SQ20051009641
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者徐廷相 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)