基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法，其特點是采用微波將流動濕蒸汽加熱為過熱蒸汽從而實現濕蒸汽濕度的測量。濕蒸汽探針主要由取樣探頭、微波加熱段、微波源及控制電路、溫度及壓力傳感器以及數據采集系統組成。取樣探頭對準濕蒸汽流動方向，實現等動能取樣；微波源產生的微波通過同軸線傳輸到微波諧振腔內，諧振腔內流動濕蒸汽中的水分和蒸汽同時吸收微波能量而快速發熱變為過熱蒸汽；溫度和壓力傳感器測量的數據由數據采集系統顯示、處理和輸出，從而實現對流動濕蒸汽濕度的測量。本發明適用于對各種流速的流動濕蒸汽的濕度進行測量，尤其適用于汽輪機內部濕蒸汽濕度的測量。
【專利說明】基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法，具體涉及一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法。
【背景技術】
[0002]濕蒸汽作為一種工作介質廣泛應用于各種工程實踐特別是動力工程領域。例如在汽輪機中，流動濕蒸汽不僅引起機組的效率下降，還對汽缸和葉片造成水蝕。測量汽輪機中流動濕蒸汽的濕度(特別是排汽濕度)是汽輪機熱力試驗的重要內容，也是評價機組性能以及改進機組設計的重要依據。
[0003]汽輪機中流動濕蒸汽的測量方法中相對較為成熟的是熱力法和光學法，其余方法大多處于理論或實驗研究階段。熱力法不能測量流動濕蒸汽中水滴的粒徑，但依據熱平衡計算得到的濕度測量結果精度高，且測量裝置不需要標定。光學法能兼顧濕度和水滴粒徑的測量，但本質上其濕度是對流動濕蒸汽中數量巨大且尺寸差異懸殊的水滴進行統計的結果，一般認為其測量精度低于熱力法。熱力法和光學法各有優缺點，目前都在發展中。
[0004]各類熱力法測量方法中最有發展前途的是加熱法。目前公布的各種加熱法濕度測量探針專利(如 85103642，200410011148.1, 200420012591.6, 201310073920.1)，無一例外均采用了電加熱的方式。采用電加熱方式加熱流動濕蒸汽只能憑借傳導、對流和輻射三種熱能的傳播方式將熱量由電加熱體傳遞到蒸汽及蒸汽中攜帶的水滴；采用外加熱方式時還需要首先加熱蒸汽管體，再將熱量傳遞到管體內的濕蒸汽中。采用電加熱方式存在傳熱效率低、加熱段長、產生熱耗散和熱慣性的環節多、加熱量的精確測量困難以及加熱元件易損壞等不足，從而不能準確地測量濕蒸汽的濕度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針及其測量方法，該探針及其測量方法可以準確地測量濕蒸汽的濕度。
[0006]為達到上述目的，本發明一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針包括支架、取樣頭、內管、外套管、后端蓋、抽真空設備、微波功率計、微波源、同軸線、微波諧振腔及數據采集系統；
[0007]所述取樣頭焊接于支架上，內管的一端與取樣頭相連接，外套管的一端固定于支架上，外套管的另一端與后端蓋密封連接，內管的另一端穿過后端蓋并通過調節閥與抽真空設備相連接，內管與外套管之間填充有保溫材料，微波功率計與微波源相連接，同軸線的外壁與內管的外壁相接觸，同軸線的一端封閉，另一端與微波源相連接，同軸線與內管的接觸面上開設有若干微波耦合孔，微波耦合孔內填充有密封填料，微波諧振腔設于內管內，微波經微波耦合孔進入到微波諧振腔內，微波諧振腔的入口處及出口處均安裝有微波屏蔽罩，微波諧振腔的出口處安裝有總壓傳感器及靜壓傳感器，微波諧振腔管壁的外表面、取樣頭的入口處及微波諧振腔的出口處均設有若干片形溫度傳感器，數據采集系統的輸入端通過數據傳輸線分別與總壓傳感器的輸出端、靜壓傳感器的輸出端及片形溫度傳感器的輸出端相連接。
[0008]所述密封填料為聚四氟乙烯。
[0009]所述微波耦合孔的數量為6個。
[0010]相應的，本發明所述的基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量方法包括以下步驟:
[0011]待側量的濕蒸汽經取樣頭進入到微波諧振腔內，微波源在微波諧振腔內產生微波，使濕蒸汽在微波諧振腔內加熱為過熱蒸汽，通過片形溫度傳感器測量微波諧振腔入口處濕蒸汽的靜溫A及出口處過熱蒸汽的靜溫t2，并通過總壓傳感器測量微波諧振腔出口端過熱蒸汽的總壓P*2，同時通過靜壓傳感器測量微波諧振腔出口端過熱蒸汽的靜壓P2，微波功率計測量蒸汽吸收微波產生的熱量q ;
[0012]微波諧振腔的能量平衡方程為:
[0013]
【權利要求】
1.一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，包括支架(1)、取樣頭(21)、內管(18)、外套管(19)、后端蓋(11)、抽真空設備、微波功率計(12)、微波源(2)、同軸線(8)、微波諧振腔(4)及數據采集系統(3)； 所述取樣頭(21)焊接于支架(1)上，內管(18)的一端與取樣頭(21)相連接，外套管(19)的一端固定于支架⑴上，外套管(19)的另一端與后端蓋(11)密封連接，內管(18)的另一端穿過后端蓋(11)并通過調節閥(13)與抽真空設備相連接，內管(18)與外套管(19)之間填充有保溫材料(5)，微波功率計(12)與微波源(2)相連接，同軸線(8)的外壁與內管(18)的外壁相接觸，同軸線⑶的一端封閉，另一端與微波源(2)相連接，同軸線⑶與內管(18)的接觸面上開設有若干微波耦合孔(7)，微波耦合孔(7)內填充有密封填料(9)，微波諧振腔(4)設于內管(18)內，微波經微波耦合孔(7)進入到微波諧振腔(4)內，微波諧振腔(4)的入口處及出口處均安裝有微波屏蔽罩(17)，微波諧振腔(4)的出口處安裝有總壓傳感器(16)及靜壓傳感器(15)，微波諧振腔(4)管壁的外表面、取樣頭(21)的入口處及微波諧振腔(4)的出口處均設有若干片形溫度傳感器(6)，數據采集系統(3)的輸入端通過數據傳輸線(14)分別與總壓傳感器(16)的輸出端、靜壓傳感器(15)的輸出端及片形溫度傳感器出)的輸出端相連接。
2.根據權利要求1所述的基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，所述密封填料(9)為聚四氟乙烯。
3.根據權利要求1所述的基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，所述微波耦合孔(7)的數量為6個。
4.一種基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量方法，基于權利要求1所述的基于微波加熱的流動濕蒸汽濕度測量探針，其特征在于，包括以下步驟: 待側量的濕蒸汽經取樣頭(21)進入到微波諧振腔(4)內，微波源(2)在微波諧振腔(4)內產生微波，使濕蒸汽在微波諧振腔(4)內加熱為過熱蒸汽，通過片形溫度傳感器(6)測量微波諧振腔(4)入口處濕蒸汽的靜溫A及出口處過熱蒸汽的靜溫t2，并通過總壓傳感器(16)測量微波諧振腔(4)出口端過熱蒸汽的總壓同時通過靜壓傳感器(15)測量微波諧振腔(4)出口端過熱蒸汽的靜壓P2，微波功率計(12)測量蒸汽吸收微波產生的熱量q ； 微波諧振腔(4)的能量平衡方程為:
【文檔編號】G01N25/60GK103940851SQ201410136475
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】李亮, 劉啟凡, 薛太旭, 張安學 申請人:西安交通大學