Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара

Изобретение относится к технической физике, а именно к области измерения технологических параметров, может быть использовано для определения массового расхода, степени сухости и других параметров влажного пара в паропроводах его источников и потребителей.

Аналогом изобретения является устройство для определения расхода пара в паропроводе [Патент РФ №2243508; «Устройство для измерения расхода пара в паропроводе»; опубликовано 27.12.2004 г.], содержащее:

паропровод; в паропроводе цилиндр зонда с трубкой и приемником давления со стороны движения потока, с трубкой и приемником статического давления, и с трубкой и приемником давления в сторону движения потока;

измеритель перепада давления между трубкой давления со стороны движения потока и трубкой статического давления; измеритель статического давления в трубке статического давления; измеритель перепада давления между трубкой статического давления и трубкой давления в сторону движения потока; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости;

Прототипом изобретения является устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара [Патент на изобретение РФ №2521237; «Устройство для контроля степени сухости, энтальпии, теплового и массового расходов потока влажного пара»; опубликовано 27.06.2014 г.], содержащее:

паропровод; в паропроводе цилиндр зонда с трубкой и приемником давления со стороны движения потока, с трубкой и приемником статического давления, и с трубкой и приемником давления в сторону движения потока;

измеритель перепада давления между трубкой давления со стороны движения потока и трубкой статического давления; измеритель статического давления в трубке статического давления; измеритель перепада давления между трубкой статического давления и трубкой давления в сторону движения потока; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа:

«паропровод; в паропроводе цилиндр зонда с трубкой давления со стороны движения потока, с трубкой статического давления, и с трубкой давления в сторону движения потока;

измеритель перепада давления между трубкой давления со стороны движения потока и трубкой статического давления; измеритель статического давления в трубке статического давления; измеритель перепада давления между трубкой статического давления и трубкой давления в сторону движения потока; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости»

Недостатком прототипа является, то что:

А. Приемник давления со стороны движения потока, приемник статического давления и приемник давления в сторону движения потока расположены в помещенном в паропровод цилиндре зонда. Характер обтекания цилиндра зонда потоком влажного пара определяет существенное локальное искажение течения потока пара, как в зоне приемника давления со стороны движения потока, так и в зоне приемника статического давления, и в зоне приемника давления в сторону движения потока. Что обуславливает соответствующую этим локальным искажениям погрешность определения массового расхода и степени сухости влажного пара.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, является: устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара. При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат:

Приемник давления со стороны движения потока пара, приемник статического давления и, приемник давления в сторону движения потока помещены в «свои», подключенные к соответствующим трубкам давления, узкие плоские камеры вне цилиндрического тела зонда. Это обеспечивает существенно меньшее возмущение контролируемого потока в зоне приемников давления, чем и обеспечивается повышение точности определения массового расхода и степени сухости.

Указанный технический результат достигается тем, что, устройство, содержащее: паропровод; в паропроводе цилиндр зонда с трубкой давления со стороны движения потока, с трубкой статического давления, и с трубкой давления в сторону движения потока;

измеритель перепада давления между трубкой давления со стороны движения потока и трубкой статического давления; измеритель статического давления в трубке статического давления; измеритель перепада давления между трубкой статического давления и трубкой давления в сторону движения потока; контроллер для вычисления массового расхода и степени сухости;

с целью повышения точности, вне цилиндра зонда содержит:

подключенную к трубке давления со стороны движения потока, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру с приемником давления со стороны движения контролируемого потока;

подключенную к трубке статического давления, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру с приемником статического давления в плоской донной ее части параллельной оси паропровода;

подключенную к трубке давления в сторону движения потока, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру с приемником давления в сторону движения контролируемого потока;

пластину с окном, совмещенную с донной частью узкой плоской камеры трубки статического давления, установленную между узкой плоской камерой трубки давления со стороны движения потока и узкой плоской камерой трубки давления в сторону движения потока.

Таким образом, задача изобретения решена.

Перечень фигур чертежей

Фиг. 1. Устройство для определения массового расхода и степени сухости влажного пара.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1. показана схема осуществления предлагаемого устройства для определения массового расхода и степени сухости влажного пара.

Устройство содержит:

- паропровод 1; в паропроводе цилиндр зонда 2 с трубкой давления 3 со стороны движения потока, с трубкой статического давления 4, и с трубкой давления 5 в сторону движения потока;

- измеритель 14 перепада давления (динамический напор ΔР_н) между трубкой давления 3 со стороны движения потока и трубкой статического давления 4;

- измеритель 15 статического давления (Р_ст) в трубке статического давления 4;

- измеритель 16 перепада давления (динамическое разрежение ΔP_p)

между трубкой статического давления 4 и трубкой давления 5 в сторону движения потока;

- контроллер 17 для вычисления массового расхода (G) и степени сухости (х);

- подключенную к трубке давления 3 со стороны движения потока, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру 6 с окном - приемником давления 9 со стороны движения контролируемого потока;

- подключенную к трубке статического давления 4, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру 7 с окном - приемником статического давления 10 в плоской донной ее части параллельной оси паропровода;

- подключенную к трубке давления 5 в сторону движения потока, параллельную оси паропровода узкую плоскую камеру 8 с окном - приемником давления 11 в сторону движения контролируемого потока;

- пластину 12 с окном, совмещенную с донной частью узкой плоской камеры 7 трубки статического давления, установленную между узкой плоской камерой 6 трубки давления 3 со стороны движения потока и узкой плоской камерой 8 трубки давления 5 в сторону движения потока.

По сигналу измерителя статического давления, например Р_ст = 64 кгс/см², и таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяют: - плотность паровой фазы ρ^''=32,37293623 кг/м; - плотность жидкой фазы ρ^' = 753,295669 кг/м. [М.П. Вукалович. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Машгиз, 1955. - 91 с.]

Измеряют перепад давления между трубкой давления 3 со стороны движения потока и трубкой статического давления 4 (динамический напор ΔР_н), например: ΔР_н = 31847,01 кгс/м².

Измеряют перепад давления между трубкой статического давления 4 и трубкой давления в сторону движения потока 5 (динамическое разрежение ΔР_р), например: ΔР_р = 32152,99 кгс/м².

Математическая модель связи измеряемых величин контролируемого потока влажного пара с его физическими параметрами:

где: А_н - функция связи динамического напора с параметрами контролируемого потока влажного пара;

α - доля сечения паропровода занятая паровой фазой;

ω^'' - скорость паровой фазы;

ω^' - скорость дисперсной жидкой фазы;

k_н - коэффициент сигнала динамического напора;

k_р - коэффициент сигнала динамического разрежения;

S - параметр отношения скоростей фаз.

В представленном примере коэффициенты k_н = k_р = 0,9515 и, S=6,3 получены из внешнего источника.

Из уравнений (1) и (2) определяют значение функции связи А_н:

Из уравнения (2) скорость паровой фазы контролируемого потока:

скорость жидкой фазы:

Из уравнения (4) значение истинного объемного паросодержания:

Массовый расход (G):

где: F - площадь поперечного сечения паропровода (F = 0,2642 м²).

Степень сухости (%) потока влажного пара: