諧振腔法蒸汽濕度測(cè)量不確定度及水膜厚度測(cè)量研究.pdf

1、濕蒸汽兩相流對(duì)汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有較嚴(yán)重的影響。蒸汽濕度的準(zhǔn)確測(cè)量可為濕蒸汽級(jí)工作狀況和低壓缸運(yùn)行效率的確定、葉片除濕和防護(hù)裝置設(shè)計(jì)、通流結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供指導(dǎo)。微波諧振腔介質(zhì)微擾法是一種具有發(fā)展前景的蒸汽濕度測(cè)量新方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量精度高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)蒸汽濕度的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。文章基于諧振腔介質(zhì)微擾理論，分析了腔體熱變形對(duì)蒸汽濕度測(cè)量的影響及微波蒸汽濕度測(cè)量系統(tǒng)的不確定度；基于低頻同軸諧振腔等效電路，理論分析了低

2、頻同軸諧振腔在線監(jiān)測(cè)水膜厚度的可行性，并設(shè)計(jì)了可用于在線監(jiān)測(cè)水膜厚度測(cè)量傳感器，對(duì)汽輪機(jī)機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要指導(dǎo)意義。具體內(nèi)容如下：
　　1.采用流固耦合方法，分析了諧振腔熱變形對(duì)蒸汽濕度測(cè)量的影響。仿真計(jì)算了不同蒸汽參數(shù)及流速條件下諧振腔的溫度場(chǎng)及熱變形。根據(jù)諧振腔有效部分內(nèi)表面變形值，利用TE011模式圓柱諧振腔諧振頻率計(jì)算式，分析了腔體變形對(duì)諧振腔諧振頻率的影響。隨著腔體變形增大，諧振頻率偏移量增大，且腔體變形會(huì)對(duì)蒸汽濕度

3、的正常測(cè)量帶來較大影響。應(yīng)進(jìn)一步從諧振腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、測(cè)量方案等方面改進(jìn)，減小腔體熱變形對(duì)蒸汽濕度測(cè)量的影響。
　　2.推導(dǎo)了蒸汽濕度測(cè)量關(guān)系式的靈敏度系數(shù),分析了微波蒸汽濕度測(cè)量系統(tǒng)的壓力、諧振腔諧振頻率等直接測(cè)量參數(shù)的不確定度。以不同蒸汽壓力及濕度條件為例，分析了濕度測(cè)量系統(tǒng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的變化。系統(tǒng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度≤0.004％，且隨著蒸汽濕度、壓力增大，系統(tǒng)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度變大,且呈線性趨勢(shì)增長(zhǎng)?？紤]諧振腔熱

4、變形、腔體內(nèi)壁沉積水膜或鹽垢、大水滴穿腔、諧振腔取樣偏差等因素，濕度測(cè)量系統(tǒng)的綜合不確定度≤0.764%。諧振腔熱變形和取樣誤差，對(duì)蒸汽濕度的準(zhǔn)確測(cè)量影響較大。
　　3.根據(jù)低頻同軸諧振腔等效電路，建立了水膜厚度測(cè)量數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了水膜厚度測(cè)量關(guān)系式，并設(shè)計(jì)了用于水膜厚度測(cè)量的傳感器。傳感器測(cè)量精度較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小，易于安裝布置，測(cè)量范圍約為0~1 mm。隨著水膜厚度增加，同軸諧振腔的諧振頻率減小，衰減增大，且水膜厚度測(cè)量