蒸汽透平中流動(dòng)濕蒸汽濕度測量方法的分析與比較

1、收稿日期:20000116基金項(xiàng)目:本文工作得到國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的資助。作者簡介:李炎鋒(1971)男博士主要從事加熱法測量濕蒸汽濕度的相關(guān)研究工作現(xiàn)工作于北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院暖通教研室。文章編號(hào):10015884(2000)03015606蒸汽透平中流動(dòng)濕蒸汽濕度測量方法的分析與比較李炎鋒1王新軍2徐廷相2李俊梅1賈衡1(北京工業(yè)大學(xué)1西安交通大學(xué)2)摘要:對蒸汽透平中流動(dòng)濕蒸汽濕度測量的重要性和這一課題的研究進(jìn)展以及研究現(xiàn)

2、狀進(jìn)行討論分析比較后認(rèn)為加熱法是一種比較合適的蒸汽濕度測量方法。詳細(xì)介紹了這一方法的原理并介紹了針對已有的加熱法測量的不足之處作者所設(shè)計(jì)的新型加熱法濕度測量裝置。關(guān)鍵詞:加熱法濕蒸汽濕度測量分類號(hào):TK262文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AComparisonAnalysisofWetnessMeasurementMethodsfFlowingWetSteaminTurbineLIYan2feng1WANGXin2jun2XUTing2xiang2LIJ

3、un2mei1JIAHeng1(BeijingPolytechnicUniversity1Xi’anJiaotongUniversity2)Abstract:Inthispapertheimptanceofwetnessmeasurementftheflowingwetsteaminturbineisdiscussedthehisticalcurrentdevelopmentofthisproblemarealsointroduced.

4、Amomgthemanymethodsfmeasuringthewetnessofflowingwetsteamtheheatingmethodisoneofthemostsuitablemethods.Becauseithasasimpleprinciplehighaccuracy.Inthispapertheimplementofheatingmethodisdiscussedanalyzedindetail.Inthemeanti

5、methispaperpresentsanimprovedheatingmethodfmeasuringthewetnessofflowingwetsteamwhichhasbeenadoptedindertoovercometheshtcomingsofthefmerheatingmethod.Keywds:Heatingmethodwetsteamwetnessmeasurement0前言常規(guī)電站中大型冷凝式蒸汽透平的末幾級和核電站

6、中透平的全部級都在濕蒸汽狀態(tài)下工作。蒸汽濕度的存在不但降低透平級的運(yùn)行效率而且引起嚴(yán)重的葉片水蝕給電廠中運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來危害。如對于一臺(tái)1300MW的核電機(jī)組蒸汽濕度所造成的功率損失約為70MW[1]。從1942年Ostwatish[1]發(fā)表濕蒸汽凝結(jié)理論后濕蒸汽透平的理論和計(jì)算研究有了很大的發(fā)展但由于這一問題的復(fù)雜性迄今為止還并未完全掌握其規(guī)律。實(shí)驗(yàn)研究最初是在實(shí)驗(yàn)室條件下研究拉伐爾噴管中的汽流的凝結(jié)過程但由于采用的是一元

7、流型而蒸第42卷第3期汽輪機(jī)技術(shù)Vol.42No.32000年6月TURBINETECHNOLOGYJun.2000于抽汽取樣方法即從蒸汽透平的主汽流中抽取部分試樣然后引向測量段。該類方法成功的關(guān)鍵之一在于保證所抽取的蒸汽試樣具有代表性。節(jié)流式法的原理是將所抽取的試樣在節(jié)流段中被節(jié)流到較低的蒸汽壓力值使節(jié)流后的壓力處于過熱狀態(tài)。根據(jù)節(jié)流前后焓值不變的條件即可以按照節(jié)流后的蒸汽壓力p2、溫度T2求出取樣汽流的焓值再根據(jù)焓值和節(jié)流后的壓力p

8、1求出主汽流的濕度值。凝結(jié)法中被抽取的飽和蒸汽試樣在冷凝器中被凝結(jié)成水根據(jù)從冷凝器的冷卻水中提取的蒸汽凝結(jié)所排放熱量來推算出汽相的相對比例蒸汽—空氣混合法的原理是將濕蒸汽試樣與干空氣相混合其比例的選擇要保證最后的混合氣體是未飽和的混合前后的空氣中的蒸汽和空氣的比例由干濕球濕度計(jì)測量。加熱法的原理是將所抽取的飽和濕蒸汽試樣加熱到干飽和狀態(tài)或者過熱狀態(tài)然后測量出蒸汽試樣的流量根據(jù)所加入的熱量(通常用電加熱)以及加熱前后試樣的熱力參數(shù)變化求出

9、濕蒸汽流的濕度。關(guān)于不同類型的測量裝置(量熱計(jì))的研制主要有:德國研制的曾用于Biblis130MW核電站蒸汽透平的蒸汽發(fā)生器出口處蒸汽濕度測量的節(jié)流式量熱計(jì)[10]英國GEC所研制的凝結(jié)式量熱計(jì)[11]德國漢諾威工業(yè)大學(xué)所研制的用于36.5MW蒸汽排汽端蒸汽濕度測量的蒸汽—空氣混合式量熱計(jì)[12]。其中最為著名的當(dāng)屬英國電力中心實(shí)驗(yàn)室(簡稱CERL)在Moe等領(lǐng)導(dǎo)下所研制的過熱式量熱計(jì)[13]如圖1所示其外徑為25mm全長4m可以直接

10、插入被測量空間測量時(shí)不但可以繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)還可以更換取樣頭部該裝置曾被用于對濕蒸汽風(fēng)洞和蒸汽透平進(jìn)行過成功的測試并取得了較為滿意的結(jié)果。國內(nèi)也有少數(shù)單位進(jìn)行過絕對方法濕度測量的研究但目前為止未見有成功應(yīng)用于實(shí)際透平測量的報(bào)道。圖1CREL加熱法濕度測量探針3各種濕度測量方法的比較與選擇濕度測量的一個(gè)特點(diǎn)是直到目前為止還沒有標(biāo)定裝置或者說還不可能備置一份已知濕度或水滴直徑的濕蒸汽流以供對新設(shè)計(jì)或者制造的測量裝置進(jìn)行標(biāo)定、校核和比較這樣就對

11、濕度測量提出了更高的要求。光學(xué)法測量有很多優(yōu)點(diǎn)如:能夠進(jìn)行快速測量、易于設(shè)計(jì)較小的探針外形等。在國內(nèi)外已有不少學(xué)者進(jìn)行了相當(dāng)程度的深入研究并開始有在實(shí)際應(yīng)用中成功的實(shí)例但要真正推廣應(yīng)用還會(huì)受到很多限制。第一光學(xué)法測量濕度時(shí)裝置所采用的各種光的波長應(yīng)與水滴直徑具有相同的數(shù)量級由于實(shí)際可用光的波長的限制通常只能對濕蒸汽流中所含直徑小于3μm的水滴進(jìn)行測量[14]由于水滴的質(zhì)量與直徑成三次方的關(guān)系大水滴在濕度測量中是不能被忽略的這樣以光學(xué)法為