濕蒸汽流量干度一體化測量裝置及測量方法
【專利摘要】濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，包括雙文丘里管，所述雙文丘里管由串聯(lián)且端口直徑相同，但喉部直徑比不同的輸入文丘里管和輸出文丘里管組成；所述輸入文丘里管和輸出文丘里管都連接有用于測量其喉部壓差的壓差測量裝置，所述輸入文丘里管還連接由用于測量其管道壓力的壓力測量裝置，優(yōu)選的，所述壓差測量裝置包括與文丘里管喉部管道連接的冷凝裝置，以及與冷凝裝置管道連接的壓差變送器。采用本發(fā)明所述的濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，通過不同結(jié)構(gòu)的兩個文丘里管串聯(lián)，能在線實時計算出濕蒸汽總流量和干度。
【專利說明】濕蒸汽流量干度一體化測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱工測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種濕蒸汽流量干度一體化測量裝置和一種濕蒸汽流量干度測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕蒸汽是一種汽相為連續(xù)相、液相為彌散相且具有穩(wěn)定流動結(jié)構(gòu)的汽液兩相混合物。濕蒸汽的流量、干度是熱工實驗研究和設(shè)備運行的重要參數(shù)；比如，濕蒸汽的流量、干度對低溫低干度自然循環(huán)的供熱堆的運行安全影響較大；核電站的汽輪機末端幾級葉片，蒸汽干度直接影響汽輪機的葉片壽命和汽輪機效率；在化工、食品加工、制藥等工業(yè)中，蒸汽的流量和干度的控制與產(chǎn)品的質(zhì)量有著重要關(guān)系；在石油熱采中，向油層注入的高溫高壓濕蒸汽的流量和干度對采油的經(jīng)濟性有著重要影響。
[0003]濕蒸汽中由于液相的存在使得汽相實際流速增大，兩相間的能量損失增加，從而導(dǎo)致在流量測量上，所得的結(jié)果高于實際汽相流量值，產(chǎn)生虛高。由于濕蒸汽流量、干度測量對于工程上的應(yīng)用有著重要意義，目前的工業(yè)應(yīng)用中還沒有能夠?qū)崟r測量、準確度高、壽命長、性能可靠且經(jīng)濟性較好的濕蒸汽測量儀器。
[0004]文丘里管是根據(jù)文丘里效應(yīng)研制開發(fā)的一種節(jié)流式流量傳感器，是一種標準節(jié)流裝置。如圖3所示一個文丘里管的剖面圖，單個文丘里管包括的進口和出口處口徑相同且均一，在文丘里管中部有一個口徑小于進口和出口處內(nèi)徑的喉部，喉部口徑d與進口或出口處口徑D比為文丘里管的直徑比，文丘里管的口徑收縮處的傾斜角為文丘里管的擴散角δ。當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在文丘里管喉部處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)文丘里管喉頸前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中的雙文丘里管概念多為采用內(nèi)藏式結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑較大的外部文丘里管內(nèi)部還包有一個外徑小于外部文丘里管內(nèi)徑的文丘里管。例如中國專利CN201020105775.2中公開了一種內(nèi)藏式雙文丘里管，通過測量兩個文丘里管喉部壓差計算流量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為在工業(yè)應(yīng)用中對濕蒸汽進行實時測量，本發(fā)明提供一種濕蒸汽流量干度一體化測量裝置和一種濕蒸汽流量干度測量方法。
[0007]本發(fā)明公開了一種濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，包括雙文丘里管，所述雙文丘里管由喉部直徑比不同、端口直徑相同的輸入文丘里管、輸出文丘里管和連接二者的連接段組成；所述輸入文丘里管和輸出文丘里管都連接有用于測量其喉部壓差的壓差測量裝置，所述輸入文丘里管或輸出文丘里管或連接二者的連接段上還連接有用于測量其管道壓力的壓力測量裝置。
[0008]該裝置利用兩個不同結(jié)構(gòu)的文丘里管對濕蒸汽測量時具有不同的虛高特性，結(jié)合實驗的方法建立起流體數(shù)值仿真模擬方法，得到不同結(jié)構(gòu)下文丘里管的虛高方程，可以通過方程求解得到濕蒸汽的流量和干度。
[0009]基于上述基本方案的測量裝置的第一種優(yōu)選實施方式為:所述壓差測量裝置包括與文丘里管喉部管道連接的冷凝裝置，以及與冷凝裝置管道連接的壓差變送器。
[0010]基于上述基本方案的測量裝置的第二種優(yōu)選實施方式為:所述壓力測量裝置為與冷凝裝置管道連接的壓力變送器。
[0011]基于測量裝置的第二種優(yōu)選實施方式的第三種優(yōu)選實施方式為:所述壓力變送器與冷凝裝置連接的管道上安裝有針閥。便于壓力變送器的計量、更換及維護。
[0012]基于測量裝置的第二種優(yōu)選實施方式的第四種優(yōu)選實施方式為:所述壓差變送器的輸入端還安裝有三閥組。便于壓差變送器的調(diào)零和維護。
[0013]基于測量裝置的第二種優(yōu)選實施方式的第五種優(yōu)選實施方式為:連接壓差變送器和冷凝裝置的管道上還連接有排污閥。在污垢清洗時，可以通過排污閥把污水從管道中排出。
[0014]基于上述基本方案的測量裝置的第六種優(yōu)選實施方式為:所述壓差測量裝置和壓力測量裝置都與數(shù)據(jù)處理模塊連接。可以將計算方法輸入該模塊，實現(xiàn)計算機快速計算結(jié)果和在線實時測量。
[0015]本發(fā)明還公開了一種濕蒸汽流量干度測量方法，采用如前所述蒸汽流量干度一體化測量裝置，包括如下步驟:
步驟1.測量出輸入文丘里管和輸出文丘里管的虛高方程系數(shù)MppM2 ；
步驟2.將待測濕蒸汽通入輸入文丘里管，測量輸入文丘里管和輸出文丘里管的喉部壓差及雙文丘里管的管道壓力P ;根據(jù)管道壓力P得出雙文丘里管內(nèi)蒸汽的密
度和飽和水的密度/?;根據(jù)P及文丘里管特性計算出文丘里管的截留系數(shù)
并根據(jù)
【權(quán)利要求】
1.濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于，包括雙文丘里管，所述雙文丘里管由喉部直徑比不同、端口直徑相同的輸入文丘里管、輸出文丘里管和連接二者的連接段組成； 所述輸入文丘里管和輸出文丘里管都連接有用于測量其喉部壓差的壓差測量裝置，所述輸入文丘里管或輸出文丘里管或連接段上還連接有用于測量其管道壓力的壓力測量裝置。
2.如權(quán)利要求2所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:所述壓差測量裝置包括與文丘里管喉部管道連接的冷凝裝置(2)，以及與冷凝裝置管道連接的壓差變送器⑶。
3.如權(quán)利要求2所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:所述壓力測量裝置為與冷凝裝置(2)管道連接的壓力變送器(4)。
4.如權(quán)利要求3所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:所述壓力變送器(3)與冷凝裝置(2)連接的管道上安裝有針閥(6)。
5.如權(quán)利要求3所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:所述壓差變送器(3)的輸入端還安裝有三閥組(7)。
6.如權(quán)利要求3所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:連接壓差變送器(3)和冷凝裝置(2)的管道上還連接有排污閥(5)。
7.如權(quán)利要求1或3所述濕蒸汽流量干度一體化測量裝置，其特征在于:還包括數(shù)據(jù)處理模塊，所述壓差測量裝置和壓力測量裝置都與數(shù)據(jù)處理模塊連接。
8.濕蒸汽流量干度測量方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求6所述蒸汽流量干度一體化測量裝置，包括如下步驟: 步驟1.測量出輸入文丘里管和輸出文丘里管的虛高方程系數(shù)M1和M2; 步驟2.將待測濕蒸汽通入輸入文丘里管，測量輸入文丘里管和輸出文丘里管的喉部壓差及雙文丘里管的管道壓力P ;根據(jù)管道壓力P得出雙文丘里管內(nèi)蒸汽的密度&和飽和水的密度 ?，根據(jù)P及文丘里管特性計算出文丘里管的截留系數(shù) 并根據(jù)=巧計算出輸入文丘里管和輸出文丘里管的虛高汽相流 ;其中ij*為文丘里管的喉部截面面積； 步驟3.利用方程組①
9.如權(quán)利要求8所述濕蒸汽流量干度測量方法，其特征在于，所述步驟1具體為: 步驟101.將一定量單相水通過加熱生成蒸汽，蒸汽通入輸入文丘里管，測量單相水的 流量WALL,雙文丘里管入口或出口處的干度X ; 測量輸入文丘里管和輸出文丘里管的喉部壓差ΔPtp1,ΔPtp2及雙文丘里管的管道壓力P;根據(jù)管道壓力P得出雙文丘里管內(nèi)蒸汽的密度Pg圖片和飽和水的密度P;根據(jù)ΔPtp1,ΔPtp2及文丘里管特性計算出文丘里管的截留系數(shù)Kgp；并根據(jù)
10.如權(quán)利要求8所述濕蒸汽流量干度測量方法，其特征在于，所述根據(jù)管道壓力P得出雙文丘里管內(nèi)蒸汽的密度Ρg和飽和水的密度Pl為根據(jù)IAPWS-1F97標準計算得出。
11.如權(quán)利要求8所述濕蒸汽流量干度測量方法，其特征在于，所述文丘里管的截留系數(shù)Kgtp 步驟201.根據(jù)T=P-ΔPtl/p計算出壓力比T,根據(jù)IAPWS-1F97標準和管道壓力P計算
出等熵指數(shù)k ；

步驟202.根據(jù)
【文檔編號】G01D21/02GK103438931SQ201310373922
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】何燦陽, 袁德文, 閆曉, 熊萬玉, 劉錦, 昝元峰, 黃軍, 黃彥平 申請人:中國核動力研究設(shè)計院