微波同轴谐振腔测量液膜厚度的理论分析

汽轮机低压缸湿蒸汽区中,静叶片、动叶片及汽缸壁表面存在水膜的沉积、流动,在高速汽流拖拽撕裂下形成的较大水滴,会造成动叶片的严重水蚀,实时监测液膜厚度,对于叶片防护及机组的安全运行具有重要意义。采用开式微波同轴谐振腔作为液膜厚度测量传感器,根据谐振腔等效电路,建立了水膜厚度测量数学模型,推导了液膜厚度的测量关系式。设计了探针耦合同轴谐振腔传感器,仿真分析了谐振频率随水膜厚度的变化关系,确定了测量关系式中的待定系数,计算了不同温度条件下,液膜厚度随谐振频率的变化。     

微波谐振腔蒸汽湿度测量系统不确定度分析

推导了微波谐振腔蒸汽湿度测量关系式的灵敏度系数;分析了压力和频率等直接测量参数的不确定度;以不同压力及湿度的湿蒸汽为例,分析湿度测量关系式中各计算参数的不确定度,合成了蒸汽湿度测量系统的标准不确定度,分析了蒸汽压力和湿度变化对系统不确定度的影响;确定了考虑参数测量、腔体热膨胀、取样误差、腔体内壁沉积水膜等因素时系统的综合不确定度.结果表明:系统综合不确定度uz≤0.764%;随着蒸汽湿度和压力值的增大,蒸汽湿度测量系统的合成标准不确定度变大;系统压力测量引入的不确定度较小,可以忽略,而频率测量引入的不确定度较大,谐振频率的准确测量是确保系统测量精度的关键.     

蒸汽湿度微波谐振腔热膨胀自补偿测量系统研究

研究了微波微扰法测量湿蒸汽过程中热膨胀因素对谐振腔传感器的影响,建立了系统工作频率的热膨胀校正方案,并提出了具有热膨胀自补偿功能的蒸汽湿度双腔测量系统.针对谐振腔传感器受热膨胀的实验环境,给出了谐振腔热膨胀过程的实测结果,分析并比较了上述系统与现有的单腔湿度测量系统之间在热补偿方面的优势.结果表明:该系统能够实现蒸汽湿度高精度在线测量,其湿度测量误差约为±1%,其热补偿能力是单腔湿度测量系统的40倍左右.谐振腔热膨胀测量实验证明了频率校正方法的有效性.     

流固耦合过程中谐振腔特性分析

采用流固耦合的方法,根据建立的谐振腔湿度测量过程模型,分析了不同排汽条件下,腔体温度的变化对谐振频率和湿度测量的影响。结果表明:随着排汽压力和马赫数的增加,谐振腔温度变化越明显,对谐振频率和湿度测量的影响越大,最大频率偏差可达10~5Hz以上,最大湿度偏差可达0.16;将腔体的有效温度拟合成马赫数与排汽压力的函数,以实现了对排汽湿度的精准测量,可使谐振频率的绝对偏差小于800Hz,将湿度偏差降低到0.002以内。     

蒸汽湿度测量谐振腔的时间响应特性

采用流固耦合法,分析计算了不同马赫数下,谐振腔在整个测量过程中的温度分布,进而分析了温度变化引起的热变形对谐振频率和湿度测量的影响。结果表明:在测量过程中,谐振腔温度发生缓慢且较大的变化,随着马赫数的增加,温升逐渐增大,当Ma=0.5时,温升可达10℃以上,测量与非测量状态之间的温差达到1℃以上,且在两者之间切换时,需等待600s以上,直至腔体温度稳定后,再进行湿度测量;随着马赫数的增加,频率偏差逐渐增大,可达10~5Hz,引起的湿度偏差最大为16%左右。     

流动湿蒸汽湿度谐振腔微扰法测量的实验研究

介绍了谐振腔材料微扰技术连续测量流动湿蒸汽湿度的原理,设计了适用于流动湿蒸汽湿度连续测量的谐振器及测量系统。与现有的热力学法或光学法测量方法相比,测量系统简单,抗污染能力强,能实现蒸汽湿度的在线连续测量。影响测量精度的因素主要是温度、压力的测量精度和谐振腔形状微扰。图4表1参10     

应用谐振腔微扰法在线测量发电机的氢气湿度

针对目前测量发电机氢气湿度方法和仪器的不足,提出了采用谐振腔微扰测量氢气湿度的新方法.根据微波谐振腔微扰原理,推导了氢气湿度与谐振器频偏的关系,提出了在线测量氢气湿度的方案.为提高测量精度,对模型设计以及实验装置进行了优化,并给出了一种简单、实用的温度补偿方法.试验结果表明:该系统结构简单、成本适中、测量精度较高,能够实现氢气湿度的在线测量.     

谐振腔微扰法测量汽轮机排汽湿度技术的关键问题

在微波谐振腔微扰测量流动湿蒸汽湿度的方法中,谐振式湿度测量传感器是测量装置的关键部件之一。建立了传感器的高频结构仿真模型和汽液两相流场数值模型,并对谐振式传感器进行了电磁特性和气动特性分析,仿真表明:保证测量精度的关键因素是传感器两端网结构和气流入口处结构形状。对取样误差进行了分析,给出了修正公式。通过仿真,本文优化设计的谐振式湿度测量传感器具有良好的高频电磁性能和气动性能。实际应用取得了良好的效果。图5参12     

盐分对微波谐振腔测量蒸汽湿度的影响

汽轮机排汽中含有盐分会改变湿蒸汽的介电性质,势必对湿度测量结果产生一定影响.将电导率引入纯净湿蒸汽复介电常数关系式和湿度测量关系式,定量分析了电导率对湿蒸汽介电性质及蒸汽湿度测量精度的影响.结果表明:湿蒸汽复介电常数的实部随微波波长增大、电导率提高、湿度增大、温度升高而变大;虚部随微波波长增大先增大后减小,随电导率提高、湿度增大、温度升高而变大;湿度测量偏差随电导率提高、湿度增大、温度下降、工作频率降低而增大;汽轮机排汽中的盐分对湿蒸汽复介电常数的影响很小,湿度测量可以达到较高的精度.     

流固耦合传热对蒸汽湿度测量传感器的影响

采用流固耦合法,分析计算了不同蒸汽参数及流速条件下谐振腔内的温度分布;加载温度载荷,计算了不同条件下谐振腔体的热变形量;根据谐振腔体有效部分内表面节点热变形量的平均值,分析了谐振腔体节点热变形对谐振频率的影响.结果表明:随着蒸汽温度升高和流速增大,谐振腔体温度升高,热变形量增大,谐振频率偏移量增大.应从谐振腔的材料、结构设计及蒸汽湿度测量方案等方面进行改进,以降低谐振腔体节点热变形对蒸汽湿度测量的影响.     

单缸低参数汽轮机末级排汽湿度的热力分析

采用VB语言,通过动态链接库的调用,编制了低参数单缸汽轮机热力计算程序.应用此程序,在不同设计参数下,针对无抽汽除湿、级间抽汽除湿和除湿级除湿3种方案,研究了机组末级湿度的变化.结果表明,进汽压力、进汽温度和排汽压力三者对末级湿度的影响不同,进汽温度对末级湿度的影响最大,进汽压力次之,排气压力最小.在本研究所提参数条件下,满负荷运行很难保证末级出口湿度要求,需采用有效的内部除湿措施.研究也表明,在不同位置抽汽除湿和除湿级除湿对机组末级湿度影响较大,在相同的设计参数下,在机组的第四级后抽汽除湿对机组末级湿度的影响最大.在相同的除湿效率下,除湿级位置每向后移动一级,使末级湿度降低约1%,随除湿级位置后移,除湿效率对末级湿度的影响增大.     

新型加热法测量流动湿蒸汽湿度的试验技术

提出了流动湿蒸汽湿度的新型加热法测量思想,并以此为依据进行湿度测量装置的设计研制,建立湿蒸汽实验台,并用所研制的测量装置对收缩喷管试验段出口处汽流的湿度进行测量,测量结果表明：新型加热法的思想是可行的,所研制的装置具有相当高的测量精度,可以作为实际透平中汽流湿度在线测量装置的原型。     

A novel method for measuring the coarse water droplets in wet steam flow in steam turbines

IntroductionWetoess in last stages Of LP steam ~es has beenlmown for a long time as a cause of efficiency loss anderosion of bladeslll. It comprises fine dIDPlets (also fogdrOPletS or Primal droplets) less than about 2 11 m indiameter and coarse water (big drOPlets or secondsdropletS), with diameter ~ about 10 11 m up tO sevedhundreds inicmns.For the fine droplet, the global method, known aSthe extinction method has been chosen tO Obtain itS sizedistribution and concentalon (weiness). …     

试验汽轮机内湿蒸汽测量研究

汽轮机内部的湿蒸汽会对机组的运行效率、动叶片水蚀及机组运行寿命产生重要影响。介绍了国内外对于汽轮机湿蒸汽研究的概况,使用基于多波长消光法与光阻法测量原理结合的湿蒸汽测量集成探针系统,对某汽轮机末级湿蒸汽1次、2次水滴进行了实测研究,介绍了1次水滴与2次水滴的测量方法及数据处理过程,给出了包括1次水滴湿度与2次水滴数目及粒度分布的计算结果。结果表明,沿着叶高1次水滴湿度与2次水滴粒度渐增,而经过运用除湿措施的末级后2次水滴平均粒径减小、粒度分布变窄。     

稠油地面蒸汽管线热力参数影响及保温厚度优化

提高蒸汽注汽品质和优化保温层厚度是改善地面蒸汽管线热力输运、实现稠油高效开采的关键。建立了油田地面蒸汽管线热力参数计算模型和保温层厚度经济性分析模型,基于分段微元方法求解沿程蒸汽干度、热损等特性参数,分析了锅炉出口蒸汽参数和注汽流量的影响规律,并结合经济厚度法的计算原理优化了保温层厚度。结果表明：提高锅炉出口蒸汽温度和压力,沿程蒸汽干度降低速度变快,沿程热损增加变快,与锅炉出口蒸汽温度313 oC,压力10.2 MPa相比,其热损最大增加11.15%;增加注汽流量,蒸汽干度提升且随管线沿程降幅缩小,等梯度注汽流量差下,高注汽流量时蒸汽干度降幅较小,其降幅为3.58%;经济厚度为0.33m时,其热损费用同比原有厚度可降低68.22%。     

核电汽轮机低压级内水滴沉积与疏水槽除湿性能研究

采用商用软件CFX对某核电汽轮机低压末三级叶栅通道中的水滴沉积规律进行了三维数值模拟,并初步研究了静／动叶片表面上的水膜流动特性,评估了次次末级后与次末级后疏水槽的除湿性能。结果表明：二次水滴比一次水滴更容易沉积在叶片表面上;水滴在叶片内弧的总沉积水量最多可达到背弧的10倍;静叶片上的水膜厚度沿轴向逐渐变薄,而动叶片上的沿轴向先缓慢变厚再变薄：两个疏水槽的除湿效率在11％左右。     

旋转平板上水膜流动的数值模拟

对有汽流掠过的旋转不板上的水膜流动进行了数值模拟,得出了该类水膜流动的速度分布和水膜厚度的分布规律。     

激光散射理论在汽轮机蒸汽湿度及水滴直径测量中的应用

蒸汽湿度的存在不但降低汽轮机组的运行效率,而且会引起严重的叶片水蚀,给汽轮机组的经济性和安全性带来很大的危害.根据激光散射理论和Mie散射理论,利用半导体激光器发射出三个不同波长的光能够在线测出汽轮机末级蒸汽湿度及水滴颗粒大小和分布,为监控和减少湿蒸汽对汽轮机的危害提供最直接的数据.图5表1参11     

Analysis of the superheated steam cycle of a PWR secondary system

The impacts of variations of turbine exhaust steam wetness, live steam parameters, and the turbine sectional pressure ratio on the thermodynamic efficiency of the saturated steam cycle in a PWR secondary system are analyzed. The effects of live steam parameters and turbine sectional pressure ratio on the thermodynamic efficiency and the turbine exhaust steam wetness for the superheated steam cycle are also investigated. The optimum ranges of operating parameters are proposed based on the comparison of the performance of the superheated steam cycle with that of the saturated steam cycle. © 2001 Scripta Technica, Heat Trans Asian Res, 30(3): 185–194, 2001