雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀的製作方法
2023-07-07 00:08:36 1
專利名稱：雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於流動溼蒸汽溼度測量領域，特別涉及一種雙層管直接加熱方式測量流動溼蒸汽溼度測量儀。
背景技術：
流動溼蒸汽在眾多領域應用，尤其是在包括常規電站汽輪機、核電站汽輪機、地熱電站汽輪機等的凝汽式汽輪機中應用最為常見。蒸汽中包含的水珠隨高速流動的蒸汽運動，以很高的速度衝擊汽輪機的轉動零部件，不僅會造成汽輪機效率的降低；還將造成轉動零部件的磨蝕，以至造成嚴重的事故。因此，在汽輪機的設計和運行中，流動蒸汽溼度的選擇和測量一直為工程技術人員廣為重視。流動溼蒸汽溼度的測量方法很多，主要有熱力法、光學法、示蹤法、電容法等；但在工程實踐，尤其是在凝汽式汽輪機的工程實踐中，主要還是熱力法和光學法這兩種；然而由於這些方法以及與這些方法相應的測量裝置本身的缺陷，大都還只停留在實驗室內，沒有形成一個可供工程實際應用的，尤其是對那些不僅需要對溼蒸汽溼度進行測量，而且還需要對溼蒸汽溼度進行長期監視的成熟儀器。
採用熱力法和光學法測量溼度時，對被測量的流動溼蒸汽都存在著一定的擾動，需要採取一定的措施，消除這些擾動對測量結果的影響。光學法相對於熱力法而言，比較新穎，人們也比較感興趣；但由於光學法測量溼度原理的複雜性，以及測量儀器結構上的特殊性，使用的光學玻璃極易汙染，儘管採用了一些特殊保護措施，也只能在較短時期內使用；而熱力法是一種以成熟可靠的能量平衡原理為基礎的測量方法，測量原理簡明易懂，測量結果準確、可靠，得到人們普遍的重視；但由於溼蒸汽汽輪機中，級間測量空間狹窄，還沒有形成一種既能測量末級後，也能測量級間溼度的溼度測量儀器。
最典型的能應用於汽輪機級間溼度測量的、以加熱法為基礎的、並稱得上是儀器的還數30年前，在英國的CEGB研製成功的溼度探針。該溼度探針採用的加熱方法是，在溼蒸汽取樣流經的通道內插入加熱元件來對溼蒸汽加熱，在管外同心地套上另一根管子，在兩管之間的空腔內抽真空，以減小因對流造成的熱量損失；沒有考慮因輻射和兩端對外的導熱引起的熱量損失。
由於現有的加熱法流動溼蒸汽測試技術還不能很好地解決對流動溼蒸汽加熱過程中的熱量損失問題，使加熱法溼度測量的正確性難以保證；而且由於汽輪機級間空間的限制，測量還只能在空間大的末級後進行。因此，在汽輪機級間的狹窄空間內用加熱法為基礎的測量技術也未解決，更不能為長期運行的汽輪機提供一種溼度監測儀器。
發明內容
本發明的目的在於提供一種雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，既能為溼蒸汽汽輪機通流部分或溼蒸汽汽輪機級的研究需要而進行溼度測量，又能為長期運行的汽輪機進行溼度監視。
本發明的技術方案是這樣實現的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，包括進口段、加熱段和出口段三部分；進口段連接加熱段；加熱段連接出口段，加熱段的內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；內層加熱管、中層加熱管、外層支撐管之間互相絕緣，並留有間距，進口段與加熱段的一端通過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右端絕緣的絕熱連接件相連。
進口段的截面積與內層加熱管的截面積相等。
圓形內層加熱管的管徑5mm-10mm。
進口段的進口直管段中心線與加熱段中心線之間的夾角90°-180°。
在進口段的進口各邊中間部位設置有方向針管，方向針管沿進口段的外側壁和加熱段的管間空隙延伸至出口段的管線連接盒。
本發明的雙層加熱管以及連接件採用絕緣的絕熱材料，使得內層加熱管對溼蒸汽加熱時，以對流、輻射和導熱三種方式向外散失熱量的途徑都被切斷，實現了內層加熱管對溼蒸汽加熱時的「零熱量損失」。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2(a)是本發明進口段俯視圖；圖2(b)是本發明進口段正視圖；圖3(a)是本發明測壓時靜壓針管外側式結構示意圖；圖3(b)是本發明測壓時靜壓針管前置式結構示意圖。
下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參照圖1所示，本發明包括進口段A、加熱段B和出口段C三部分；進口段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；內層加熱管5、中層加熱管4、外層支撐管3之間互相絕緣，並留有間距，進口段A與加熱段B的一端通過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表示測壓管接頭，10表示管線輸出盒，12表示內層加熱管出口，13表示內層加熱管進口。出口過熱蒸氣11的壓力和溫度測量位置均設在內層加熱管5下遊的排汽管內。
參照圖2(a)、(b)所示，進口段A截面積的大小就決定了流動溼蒸汽取樣1的數量。在應用於溼蒸汽汽輪機的情況下，採用相當於直徑為5mm～10mm的圓管的截面積是合適的。
進口段A的進口下遊直管段中心線與加熱段B中心線之間的夾角β，根據溼度測量儀安裝的取向和被測流動溼蒸汽的流動方向確定，在90°-180°之間，進口段A的轉彎處保持圓滑過渡連接。
在進口段的進口直管段的外側壁面中間順氣流方向，即進口段各邊中間各安置一根測量方向的方向針管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，角頂與進口平面齊平。相對邊外側的兩個方向針管14、16以及15、17分別組成一對。每對方向針管的兩根針管間的壓差與溼蒸汽流動方向之間的關係通過校正風洞試驗得到。
在進口直管段內壁上設置靜壓孔18，測量進口直管段內的靜壓。
當進口直管段內的靜壓與進口直管段外的靜壓相同時，實現「等動能取樣」。
加熱段的三根同心直管中，內層加熱管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，在於連接和支撐溼度測量儀的各個部件，並保護中層加熱管4與內層加熱管5。外層支撐管3應具有較高的強度和剛度，能抵擋高速流動溼蒸汽的衝擊。
兩端的端部連接件2、6採用絕熱的電絕緣材料製成，既可防止熱傳導，又可保持三根同心直管之間的電絕緣。
內層加熱管5和中層加熱管4的兩端分別用導線與加熱電源8連接。
當內層加熱管5兩端接通電流後，管壁的溫度逐漸升高，並對流過內層加熱管5的流動溼蒸汽加熱，使進口處的溼蒸汽取樣1被逐步加熱到出口處變為過熱蒸汽11。所加入的熱量由加熱電源8的電流強度I和電壓V決定。
當中層加熱管4的兩端接通電流時，中層加熱管4管壁的溫度升高。調整中層加熱管4的電流大小，使中層加熱管4管壁與內層加熱管5管壁的溫度保持相同，即兩者的溫度差為零。這就意味著內層加熱管5在加熱溼蒸汽時，以對流和輻射方式向外散失的熱量為零。
由於端部連接件2、6是絕熱的，當內層加熱管5和中層加熱管4溫度升高時，使本來就不大的以導熱方式向外散失的熱量就變得更微乎其微。
因此，由於內層加熱管5對溼蒸汽加熱時，以對流、輻射和導熱三種方式向外散失熱量的途徑都被切斷，從而實現了內層加熱管5對溼蒸汽加熱時的「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。
進出口壓力和方向針管14、15、16、17、熱電偶連接線均穿過加熱段B的管間間隙通向管線連接盒10。
參照圖3(a)、(b)所示，進口段A管外流動溼蒸汽取樣1的靜壓可以採用兩種不同方式測量；一種是在進口段A的直管段外外置一個靜壓測管19；一種是在進口段A的直管段中心線上設置一個靜壓測管19。
權利要求
1.雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，包括進口段(A)、加熱段(B)和出口段(C)三部分；進口段(A)連接加熱段(B)；加熱段(B)連接出口段(C)，其特徵在於，加熱段(B)的內層加熱管(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)；內層加熱管(5)、中層加熱管(4)、外層支撐管(3)之間互相絕緣，並留有間距，進口段(A)與加熱段(B)的一端通過左端絕緣的絕熱連接件(2)相連，出口段(C)與加熱段(B)的另一端通過右端絕緣的絕熱連接件(6)相連。
2.根據權利要求1所述的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，其特徵在於，進口段(A)的截面積等於加熱段(B)的內層加熱管的截面積。
3.根據權利要求1所述的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，其特徵在於，加熱段(B)的內層加熱管截面積相當於直徑為5mm-10mm的圓管截面積。
4.根據權利要求1所述的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，其特徵在於，進口段(A)的平直中心線與加熱段(B)中心線之間的夾角為90°-180°，決定於溼度測量儀安裝的取向和被測流動溼蒸汽的流動方向。
5.根據權利要求1所述的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，其特徵在於，在進口段(A)的進口各邊的中間部位設置有方向針管(14、15、16、17)，方向針管(14、15、16、17)沿進口段(A)的外側壁和加熱段(B)的管間間隙延伸至出口段(C)的管線連接盒(10)。
6.根據權利要求1所述的雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，其特徵在於，方向針管(14、15、16、17)的頭部與進口段(A)的進口直管段外側壁平面成30°～45°角度。
全文摘要
本發明公開了一種雙層管直接加熱式流動溼蒸汽溼度測量儀，進口段連接加熱段；加熱段連接出口段，加熱段的內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；內層加熱管、中層加熱管、外層支撐管之間互相絕緣，並留有間距，進口段與加熱段的一端通過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右端連接件相連。在進口段的進口各邊中間部位設置有方向針管，方向針管沿進口段的外側壁和加熱段的管間空隙延伸至出口段的管線連接盒。本發明的雙層加熱管以及連接件採用絕緣的絕熱材料，使得內層加熱管對溼蒸汽加熱時，以對流、輻射和導熱三種方式向外散失熱量的途徑被切斷，實現了內層加熱管對溼蒸汽加熱時的「零熱量損失」。
文檔編號G01N25/56GK1793878SQ20051009641
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者徐廷相 申請人:西安交通大學