高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置的製作方法

2024-03-19 21:42:05

專利名稱：高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能對汽輪機排汽溼度進行髙精度在線檢測的裝置，屬測 試技術領域。
背景技術：
蒸汽溼度對汽輪機的安全li和經濟性都有著重要的影響，因此有必要對汽輪 機排汽溼度進行在線監測。目前，測量汽輪機排汽溼度的方法可分為熱力學法 和光學法。
熱力學法的原理是將汽輪機排汽抽出一定質量的試樣，對試樣進行加熱 或冷凝，通過測量加熱或放熱量計算出汽輪機排汽的溼度。所有的熱力學法， 在進行汽輪機排汽溼度測量時都需要從汽輪機排汽汽流中抽取部分試樣，因 此，其測量精度不僅取決於對抽取試樣的測量環節，還受抽吸取樣環節的影 響。而且該方法需要測量的參數多、測量過程複雜，難以實現工程現場的在 線測量。
光學法測量蒸汽溼度是建立在光的散射原理基礎上的，當光線通過含有 水滴的溼蒸汽流時，受蒸汽中水滴光散射效應的影響， 一部分光線產生散射 現象，因此透射光強小於入射光強，通過測量溼蒸汽對光的散射或衰減從而 求出溼蒸汽中水滴直徑、水滴數量及蒸汽溼度。光學法成功的關鍵之一在於 保持光學窗口的潔淨，目前普遍釆用通暖空氣來保持窗口表面不與油汙和水 接觸，但光學窗口較長時間暴露在測量汽流中，其表面受到汙染是難以避免 的，這在很大程度上限制了其在實際中的應用。
總之，現有的蒸汽溼度測量方法及其測量裝置都存在著嚴重不足，設計一 種結構簡單、環境適應能力強、製造成本低廉、性能優良的蒸汽溼度測量裝置， 對提高汽輪機的安全性和經濟性是十分必要的。發明內容
本實用新型用於克服現有技術的缺陷、提供一種結構簡單、操作方便的高精 度汽輪機排汽溼度在線測量裝置。
本實用新型所稱問題是以下述技術方案實現的
一種髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，由微波諧振傳感器Q、諧振頻率檢 測電路、單片機U1和顯示器XS組成，所述微波諧振傳感器Q置於汽輪機排汽缸內， 其微波信號傳輸接口通過波導接諧振頻率檢測電路，所述諧振頻率檢測電路的控 制端和輸出端接單片機U1，顯示器XS接單片機U1的P0RT1接口。
上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述諧振頻率檢測電路由諧振頻 率跟蹤電路和混頻電路組成，所述混頻電路由晶體振蕩器U5和混頻器U6組成， 混頻器U6的RFin2端接晶體振蕩器U5的Rfout端，Rfout端接單片機Ul的PO. 0 端，所述諧振頻率跟蹤電路由壓控振蕩器U2、定向耦合器U3、環形器U4、檢波 器D和直流前置放大器F組成，壓控振蕩器U2的AFC端接單片機Ul的PO. 1端， Rf out端接定向耦合器U3的RFin端，定向耦合器U3的Rf out2端接混頻器U6Rfinl 端，環形器U4的一個接口接定向耦合器U3的Rfoutl端， 一個接口接微波諧振傳 感器Q， 一個接口依次經檢波器D和直流前置放大器F接單片機Ul的PO. 2端。
上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述微波諧振傳感器Q為 一個兩端 開口、中間設有微波信號傳輸接口的圓簡形腔體，在圓簡形腔體內部的兩端分別 設置一個圓環分隔器，所述圓環分隔器由l ~4個與圓筒形腔體同軸的圓簡組成， 它們靠近圓簡形腔體埠的一端與圓簡形腔M接，圓環分隔器的膨脹係數比圓 簡形腔體大。
上述高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，增設蒸汽溫度傳感器T，所述蒸 汽溫度傳感器T固定於諧振腔的出口端外壁處，其信號輸出端接單片機U1的 PO. 3端。
上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述圓簡形腔體氣流流入端的壁 面為 結構。
上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述圓環分隔器由金屬細網構成。上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述圓簡形腔體由依次通過螺紋
連接的楔形圓簡l、中間圓簡3和調節套簡6構成，所述 圓簡1的壁面為楔 形結構，所述調節套簡6與中間圓筒間利用定位螺釘5進行調整定位。
上述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，所述連接微波信號傳輸波導的接 口為橢圓孔，橢圓孔長短軸半徑比為h 0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同。
本實用新型利用具有一定溼度的汽輪機排汽通過微波諧振傳感器時，對微波 諧振傳感器產生微擾，諧振腔的諧振頻率將隨蒸汽溼度的變化而發生偏移這一規 律，用諧振腔將蒸汽溼度信號轉換成易於測量的諧振腔諧振頻率信號，通過測量 諧振腔諧振頻率的偏移，實現對蒸汽溼度的測量。由於需要測量的參數少、不 需要抽取試樣、微波諧振傳感器環境適應能力強，因而同現有測量裝置相比，本 實用新型不僅在結構上大大簡化，製造成本大大降低，而且操作十分簡單，測量 精度髙，特別適合於在工程現場對汽輪機排汽溼度進行在線檢測。以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。
圖l是本實用新型的結構框圖2是電原理圖3是諧振腔的結構示意圖4是 圓簡的結構示意圖5是圖4的左視圖6是圓環分割器的結構示意圖7是圖6的左視圖8是中間圓簡的結構示意圖9是圖8的左視圖

圖10是調節套簡的結構示意圖11是圖10的左視圖。
圖中各標號為1、楔形圓簡，2、圓環分割器，3、中間圓簡，4、矩形波導，5、定位螺釘，6、調節套簡、Ul、單片機，U2、壓控振蕩器，U3、定向耦合器， U4、環形器，U5、晶體振蕩器，U6、混頻器，Q、微波諧振傳感器，T、溫度傳感 器，D、檢波器，F、直流前置放大器，XS、顯示器。
具體實施方式

本實用新型提出了 一種基於微波諧振腔微擾的汽輪機排汽溼度在線測量 的全新技術，該實用新型主要基於以下思想
汽輪機排汽是由幹飽和蒸汽和大量的細小霧滴組成的汽-水混合物，由於 氣態水和液態水的介電常數差別很大，因此汽輪機排汽的溼度不同，其介電 常數也就不同。對於一定頻率的微波，在壓力、溫度一定的情況下，汽輪機排 汽的介電常數隻決定於排汽的溼度，因此，可以通過測量汽輪機排汽的介電 常數來實現汽輪機排汽溼度的測量。
微波諧振傳感器內介質介電常數的微小變化，將對諧振腔產生微擾，引起諧 振腔諧振頻率的改變，通過測量諧振腔諧振頻率的變化，可以測量諧振腔內介質 介電常數或其變化量。
在汽輪機正常運行工況下，汽輪機排汽的溼度值及變化範圍不大，其介 電常數及變化很小，對於充滿汽輪機排汽的微波諧振傳感器，諧振腔內排汽 溼度的變化將對微波諧振傳感器產生微擾。
本實用新型是利用具有一定溼度的汽輪機排汽通過微波諧振傳感器時，對微 波諧振傳感器產生微擾，諧振腔的諧振頻率將隨蒸汽溼度的不同發生偏移，通過 測量諧振腔諧振頻率的偏移，實現對蒸汽溼度的測量。
參看圖2，由單片機UlP0.1端輸出的電壓控制信號ii!X壓控振蕩器U2的輸 入端RFin，控制壓控振蕩器U2發生的微波頻率，壓控振蕩器U2產生的微波 信號從其信號輸出端RFout經同軸波導(UT250-50 )輸入定向耦合器U3，該 信號經定向耦合器U3後分為兩路， 一路輸出信號由輸出端Rfoutl輸出，經 過環行器U4、同軸波導、矩形同軸波導轉換器、矩形波導進入兩端開口圓柱 形諧振腔Q，圓柱形諧振腔Q的反射微波信號再通過矩形波導、矩形同軸波導 轉換器、同軸波導返迴環行器U4(環形器的作用是使壓控振蕩器來的微波信號不直接通往檢波器，該信號經環形器進入波導輸入諧振腔，經過諧振腔選頻 後，微波信號再返迴環形器，進入檢波器)後送入檢波器，檢波器的輸出信號
經過直流放大器輸入單片機Ul (微波信號源的信號處理控制與控制器)的PO. 2 端，諧振腔Q的諧振頻率隨蒸汽溼度不同而變化，輸入單片機U1P0.2端的信 號隨蒸汽溼度變化，單片機輸入壓控振蕩器U2的電壓信號隨蒸汽溼度變化，使 壓控振蕩器U2產生的微波頻率隨蒸汽溼度(諧振腔Q的諧振頻率)變化。定 向耦合器U3的另一路輸出信號從其輸出端Rfout2送出，與髙穩晶體振蕩器 U5產生的標準頻率混頻，混頻器U6Rfout端輸出的差頻信號(由於壓控振蕩器 U2的頻率與諧振腔Q的諧振頻率相同，該差頻信號的頻率實際上是髙穩晶體 振蕩器U5的振蕩頻率與諧振腔Q諧振頻率的差值，髙穩晶體振蕩器U5產生 的信號頻率不變，而諧振腔的諧振頻率隨蒸汽溼度變化，因此該差頻信號的 大小也就反映了通過諧振腔蒸汽溼度的大小，該差頻信號是作為反映蒸汽溼 度大小的測量信號輸入單片機的，)與蒸汽溫度傳感器T輸出的蒸汽溫度信號 一起送到單片機進行計算處理，計算結果由顯示器XS輸出。
壓控振蕩器U2、定向耦合器U3、環行器U4、檢波器D、直流放大器F、 單片機U1、髙穩晶體振蕩器U5、混頻器U6布置在一個機箱內，兩端開口圓柱 形諧振腔Q、矩形波導、矩形同軸波導轉換器在機箱外，圓柱形諧振腔Q和環 行器U4由一穿過機箱的同軸波導連接.蒸汽溫度傳感器T固定於諧振腔Q的 出口端外壁處。
測量溼蒸汽溼度時，兩端開口圓柱形諧振腔Q的軸線與汽輪機排汽氣流方 向一致，讓溼蒸汽自由流過諧振腔。
各電路元器件的型號是Ul採用常用單片機，U2採用MDR3100， U3採用 XB-DCL-90-IOD， U4採用BQB10， U5釆用MDR6100, U6採用BHB7518，同軸波導 釆用UT250-50。
參看圖3,圓筒形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓簡1、中間圓簡3和調節 套筒6構成。楔形圓簡1進氣端的壁面為楔形結構，氣流進口的圓環分割器固定 於楔形圓簡1和中間圓簡3之間，氣流出口的圓環分割器固定於調節套簡6上 具體實施時，圓簡形腔體以及其與圓環分割器的連接方式可以有多種變化。為保
證取樣誤差小，楔形圓筒1和中間圓簡3的內徑應保持一致。
參看圖6、圖7,圓環分割器由三個等距離等厚度細網圓環組成，這種圓環形 細網分隔器結構，既可以讓溼蒸汽兩相流自由通過諧振腔，汽流在通過諧振腔時 流動阻力較小，又保證了諧振腔具有髙的品質因數；諧振腔腔體與兩端的圓環分 隔器分別釆用不同膨脹係數的金屬材料，圓簡形諧振腔釆用低膨脹係數材料，兩 端圓環分隔器釆用髙膨脹係數材料，根據釆用的兩種材料膨脹係數的不同，通過 設計兩端圓環分隔器伸入諧振腔的長度，使得當被測溼蒸汽溫度變化時，諧振腔 腔體和兩端分隔器的膨脹對諧振腔諧振頻率的影響相互抵消，從而使得測量不受 蒸汽溫度變化的影響。
參看圖4、圖5，諧振腔的氣流流入端壁面為一楔形結構，這種結構可以使進 入諧振腔的溼蒸汽兩相流參數與主流參數一致，沒有取樣偏差。
參看圖8、圖9，在諧振腔的圓簡形壁面中央開有一橢圓孔，橢圓孔長短軸半 徑比為1:0.4，橢圓孔的長軸與諧振腔軸線方向相同，諧振腔通過該橢圓孔與矩 形波導耦合，進行微波信號傳輸。
參看圖10、圖11，調節套簡6用於調節諧振腔的長度，旋轉調節套簡6可以 調節兩個圓環分割器之間的距離，調節諧振頻率，定位螺釘5用於將調節套筒6 與中間圓簡3固定。
測量溼蒸汽溼度時，諧振腔軸線與氣流方向一致，讓溼蒸汽自由流過諧振腔， 通過測量諧振腔諧振頻率的變化得出流過諧振腔的蒸汽溼度。
該裝置不需要抽吸取樣，也不需要對測量試樣加熱和對試樣冷凝，減少了測 量環節提髙了測量精度；測量裝置中的微波部分由環行波導混合電路組成的微帶 電路、具有匹配和偏壓電路的表面安裝檢測器二級管以及微帶傳導波導組成，系 統簡單，該裝置不怕汙染，環境適應能力強，製造成本低，可以在線高精度測量 汽輪機排汽溼度皿其變化。
權利要求1、一種高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是，它由微波諧振傳感器(Q)、諧振頻率檢測電路、單片機(U1)和顯示器(XS)組成；所述微波諧振傳感器Q置於汽輪機排汽缸內，其微波信號傳輸接口通過波導接諧振頻率檢測電路；所述諧振頻率檢測電路的控制端和輸出端接單片機(U1)，顯示器(XS)接單片機(U1)的PORT1接口。
2、 根據權利要求1所述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是，所 述諧振頻率檢測電路由諧振頻率跟蹤電路和混頻電路組成，所述混頻電路由晶體 振蕩器(U5)和混頻器(U6)組成，混頻器(U6)的RFin2端接晶體振蕩器(U5)的Rfout 端,Rfout端接單片機肌)的PO. 0端，所述諧振頻率跟蹤電路由壓控搌蕩器(U2)、 定向耦合器(U3)、環形器(U4)、檢波器(D)和直流前置放大器(F)組成，壓控振蕩 器(U2)的AFC端接單片機肌)的PO. 1端，Rfout端接定向耦合器(U3)的RFin端， 定向耦合器(U3)的Rfout2端接混頻器(U6)RHnl端，環形器(U4)的一個接口接定 向耦合器(U3)的Rfoutl端， 一個接口接微波諧振傳感器(Q), —個接口依次經檢 波器(D)和直流前M大器(F)接單片機肌)的PO. 2端。
3、 根據權利要求1或2所述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是， 所述微波諧振傳感器(Q)為 一個兩端開口 、中間設有微波信號傳輸接口的圓筒形腔 體，在圓筒形腔體內部的兩端分別設置一個圓環分隔器，所述圓環分隔器由1~4 個與圓簡形腔體同軸的圓簡組成，其靠近圓簡形腔體埠的一端與圓筒形腔, 接，圓環分隔器的膨脹係數比圓簡形腔體大。
4、 根據權利要求3所述的髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是， 增設蒸汽溫度傳感器(T)，所述蒸汽溫度傳感器(T)固定於諧振腔的出口端外壁 處，其信號輸出端接單片機肌)的PO. 3端。
5、 根據權利要求4所述高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是，所 述圓簡形腔體由依次通過螺紋連接的楔形圓簡(1)、中間圓筒(3)和調節套簡(6)構成，所述楔形圓簡(1)的壁面為，結構，所述調節套簡(6)與中間圓筒間 利用定位螺釘(5)進行調整定位。
6、 根據權利要求5所述髙精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是，所 述圓環分隔器由金屬細網構成。
7、 根據權利要求6所述高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，其特徵是，所述連接微波信號傳輸波導的接口為橢圓孔，橢圓孔長短軸半徑比為l: 0.4，橢圓 孔的長軸與諧振腔軸線方向相同。
專利摘要一種高精度汽輪機排汽溼度在線測量裝置，屬測試技術領域，用於解決蒸汽溼度在線檢測問題。其技術方案是，它由微波諧振傳感器、諧振頻率檢測電路、單片機和顯示器組成，所述微波諧振傳感器置於汽輪機排汽缸內，其微波信號傳輸接口通過波導接諧振頻率檢測電路，所述諧振頻率檢測電路的控制端和輸出端接單片機的不同引腳，顯示器接單片機的PORT1接口。同現有測量裝置相比，本實用新型不僅在結構上大大簡化，製造成本大大降低，而且操作十分簡單，測量精度高，特別適合於在工程現場對汽輪機排汽溼度進行在線檢測。
文檔編號G01N22/00GK201133259SQ20072013830
公開日2008年10月15日 申請日期2007年12月19日 優先權日2007年12月19日
發明者張淑娥, 楊再旺, 錢江波, 韓中合 申請人:華北電力大學