双层管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪

摘要

本发明公开了一种双层管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪，进口段连接加热段；加热段连接出口段，加热段的内层加热管外套有中层加热管；中层加热管外套有外层支撑管；内层加热管、中层加热管、外层支撑管之间互相绝缘，并留有间距，进口段与加热段的一端通过左端绝缘的绝热连接件相连，出口段与加热段的另一端通过右端连接件相连。在进口段的进口各边中间部位设置有方向针管，方向针管沿进口段的外侧壁和加热段的管间空隙延伸至出口段的管线连接盒。本发明的双层加热管以及连接件采用绝缘的绝热材料，使得内层加热管对湿蒸汽加热时，以对流、辐射和导热三种方式向外散失热量的途径被切断，实现了内层加热管对湿蒸汽加热时的“零热量损失”。

说明书

技术领域

本发明属于流动湿蒸汽湿度测量领域，特别涉及一种双层管直接加热方式测量流动湿蒸汽湿度测量仪。

背景技术

流动湿蒸汽在众多领域应用，尤其是在包括常规电站汽轮机、核电站汽轮机、地热电站汽轮机等的凝汽式汽轮机中应用最为常见。蒸汽中包含的水珠随高速流动的蒸汽运动，以很高的速度冲击汽轮机的转动零部件，不仅会造成汽轮机效率的降低；还将造成转动零部件的磨蚀，以至造成严重的事故。因此，在汽轮机的设计和运行中，流动蒸汽湿度的选择和测量一直为工程技术人员广为重视。流动湿蒸汽湿度的测量方法很多，主要有：热力法、光学法、示踪法、电容法等；但在工程实践，尤其是在凝汽式汽轮机的工程实践中，主要还是热力法和光学法这两种；然而由于这些方法以及与这些方法相应的测量装置本身的缺陷，大都还只停留在实验室内，没有形成一个可供工程实际应用的，尤其是对那些不仅需要对湿蒸汽湿度进行测量，而且还需要对湿蒸汽湿度进行长期监视的成熟仪器。

采用热力法和光学法测量湿度时，对被测量的流动湿蒸汽都存在着一定的扰动，需要采取一定的措施，消除这些扰动对测量结果的影响。光学法相对于热力法而言，比较新颖，人们也比较感兴趣；但由于光学法测量湿度原理的复杂性，以及测量仪器结构上的特殊性，使用的光学玻璃极易污染，尽管采用了一些特殊保护措施，也只能在较短时期内使用；而热力法是一种以成熟可靠的能量平衡原理为基础的测量方法，测量原理简明易懂，测量结果准确、可靠，得到人们普遍的重视；但由于湿蒸汽汽轮机中，级间测量空间狭窄，还没有形成一种既能测量末级后，也能测量级间湿度的湿度测量仪器。

最典型的能应用于汽轮机级间湿度测量的、以加热法为基础的、并称得上是仪器的还数30年前，在英国的CEGB研制成功的湿度探针。该湿度探针采用的加热方法是，在湿蒸汽取样流经的通道内插入加热元件来对湿蒸汽加热，在管外同心地套上另一根管子，在两管之间的空腔内抽真空，以减小因对流造成的热量损失；没有考虑因辐射和两端对外的导热引起的热量损失。

由于现有的加热法流动湿蒸汽测试技术还不能很好地解决对流动湿蒸汽加热过程中的热量损失问题，使加热法湿度测量的正确性难以保证；而且由于汽轮机级间空间的限制，测量还只能在空间大的末级后进行。因此，在汽轮机级间的狭窄空间内用加热法为基础的测量技术也未解决，更不能为长期运行的汽轮机提供一种湿度监测仪器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪，既能为湿蒸汽汽轮机通流部分或湿蒸汽汽轮机级的研究需要而进行湿度测量，又能为长期运行的汽轮机进行湿度监视。

本发明的技术方案是这样实现的：双层管直接加热式流动湿蒸汽湿度测量仪，包括进口段、加热段和出口段三部分；进口段连接加热段；加热段连接出口段，加热段的内层加热管外套有中层加热管；中层加热管外套有外层支撑管；内层加热管、中层加热管、外层支撑管之间互相绝缘，并留有间距，进口段与加热段的一端通过左端绝缘的绝热连接件相连，出口段与加热段的另一端通过右端绝缘的绝热连接件相连。

进口段的截面积与内层加热管的截面积相等。

圆形内层加热管的管径5mm-10mm。

进口段的进口直管段中心线与加热段中心线之间的夹角90°-180°。

在进口段的进口各边中间部位设置有方向针管，方向针管沿进口段的外侧壁和加热段的管间空隙延伸至出口段的管线连接盒。

本发明的双层加热管以及连接件采用绝缘的绝热材料，使得内层加热管对湿蒸汽加热时，以对流、辐射和导热三种方式向外散失热量的途径都被切断，实现了内层加热管对湿蒸汽加热时的“零热量损失”。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2(a)是本发明进口段俯视图；

图2(b)是本发明进口段正视图；

图3(a)是本发明测压时静压针管外侧式结构示意图；

图3(b)是本发明测压时静压针管前置式结构示意图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

参照图1所示，本发明包括进口段A、加热段B和出口段C三部分；进口段A连接加热段B；加热段B连接出口段C，加热段B的内层加热管5外套有中层加热管4；中层加热管4外套有外层支撑管3；内层加热管5、中层加热管4、外层支撑管3之间互相绝缘，并留有间距，进口段A与加热段B的一端通过左端绝缘的绝热连接件2相连，出口段C与加热段B的另一端通过右端绝缘的绝热连接件6相连。出口段C中7表示热电偶接头，8表示加热电源，9表示测压管接头，10表示管线输出盒，12表示内层加热管出口，13表示内层加热管进口。出口过热蒸气11的压力和温度测量位置均设在内层加热管5下游的排汽管内。

参照图2(a)、(b)所示，进口段A截面积的大小就决定了流动湿蒸汽取样1的数量。在应用于湿蒸汽汽轮机的情况下，采用相当于直径为5mm～10mm的圆管的截面积是合适的。

进口段A的进口下游直管段中心线与加热段B中心线之间的夹角β，根据湿度测量仪安装的取向和被测流动湿蒸汽的流动方向确定，在90°-180°之间，进口段A的转弯处保持圆滑过渡连接。

在进口段的进口直管段的外侧壁面中间顺气流方向，即进口段各边中间各安置一根测量方向的方向针管14、15、16、17，每根方向针管的头部斜切成与所在壁平面成30°～45°角度，角顶与进口平面齐平。相对边外侧的两个方向针管14、16以及15、17分别组成一对。每对方向针管的两根针管间的压差与湿蒸汽流动方向之间的关系通过校正风洞试验得到。

在进口直管段内壁上设置静压孔18，测量进口直管段内的静压。

当进口直管段内的静压与进口直管段外的静压相同时，实现“等动能取样”。

加热段的三根同心直管中，内层加热管5和中层加热管4的电阻率较高，直接作为加热元件；外层支撑管3的作用，在于连接和支撑湿度测量仪的各个部件，并保护中层加热管4与内层加热管5。外层支撑管3应具有较高的强度和刚度，能抵挡高速流动湿蒸汽的冲击。

两端的端部连接件2、6采用绝热的电绝缘材料制成，既可防止热传导，又可保持三根同心直管之间的电绝缘。

内层加热管5和中层加热管4的两端分别用导线与加热电源8连接。

当内层加热管5两端接通电流后，管壁的温度逐渐升高，并对流过内层加热管5的流动湿蒸汽加热，使进口处的湿蒸汽取样1被逐步加热到出口处变为过热蒸汽11。所加入的热量由加热电源8的电流强度I和电压V决定。

当中层加热管4的两端接通电流时，中层加热管4管壁的温度升高。调整中层加热管4的电流大小，使中层加热管4管壁与内层加热管5管壁的温度保持相同，即两者的温度差为零。这就意味着内层加热管5在加热湿蒸汽时，以对流和辐射方式向外散失的热量为零。

由于端部连接件2、6是绝热的，当内层加热管5和中层加热管4温度升高时，使本来就不大的以导热方式向外散失的热量就变得更微乎其微。

因此，由于内层加热管5对湿蒸汽加热时，以对流、辐射和导热三种方式向外散失热量的途径都被切断，从而实现了内层加热管5对湿蒸汽加热时的“零热量损失”。

加热电源线从外层支撑管3与中层加热管4之间的间隙通向管线连接盒10。

进出口压力和方向针管14、15、16、17、热电偶连接线均穿过加热段B的管间间隙通向管线连接盒10。

参照图3(a)、(b)所示，进口段A管外流动湿蒸汽取样1的静压可以采用两种不同方式测量；一种是在进口段A的直管段外外置一个静压测管19；一种是在进口段A的直管段中心线上设置一个静压测管19。