【技術實現步驟摘要】
基于M i e散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法
本專利技術涉及流動濕蒸汽濕度測量
，具體涉及一種基于Mie散射理論的汽 輪機蒸汽濕度測量方法。
技術介紹
汽輪機是以蒸汽為工質，將熱能轉變為機械能的旋轉式原動機，是常規火力發電 廠及核電站的三大主要設備之一，其運行的可靠性及經濟性對整個發電機組的安全經濟運 行具有決定性的影響。影響汽輪機安全經濟運行的因素較多，其中最為重要的是汽輪機末 級葉片所在區域的蒸汽濕度（含水量的多少）及水滴顆粒的大小與分布情況。運行經驗表 明，常規火力發電廠汽輪機低壓缸末幾級及壓水堆核電站汽輪機的大部分級都工作在濕蒸 汽中，且對機組負荷、蒸汽進口溫度及壓力的變化比較敏感。濕蒸汽的存在對汽輪機的影響 主要表現在兩個方面，一是降低了汽輪機低壓缸內的運行效率，蒸汽濕度每增加1 %，汽輪 機的相對內效率大約降低1% ;二是濕蒸汽中的水滴長期沖擊高速旋轉的葉片，使葉片產生 水蝕，嚴重威脅機組運行的安全與壽命。隨著越來越多的高參數、大功率火力發電機組和核 電機組的運行，汽輪機中濕蒸汽引發的運行安全與經濟性問題也愈加受到各國的重視，國 際上諸多研究機構都在進行深入研究，并且聯合起來開展合作研究，尤其是測量技術的研 究。然而，如何實現準確、實時、非接觸的測量蒸汽濕度與水滴粒徑，至今仍是一個世界性的 技術難題。因此，實時準確的監測蒸汽濕度及其分布規律對汽輪機的安全經濟運行具有重 要的實際意義。目前采用的測量技術都還不夠成熟，在一定程度上干擾蒸汽流動，測量范圍 較小，不能達到非接觸、實時測量的目的。 光散射是指入...
【技術保護點】
一種基于Mie散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法，其特征在于實施步驟如下：1)通過激光器從汽輪機汽缸的監測窗口射入激光光束，通過帶有長焦鏡頭的相機透過監測窗口采集汽缸內水滴的散射光分布圖像，將所述散射光分布圖像中指定像元作為由水滴組成的各個散射體，分別基于散射光分布圖像獲取各個散射體的實測散射光強；2)基于Mie散射理論計算出所述各個散射體的理論散射光強，計算各個散射體的理論散射光強、實測散射光強的最小二乘和，以所述最小二乘和對應目標函數的最小值為最優值，均勻搜索尋找由質量中間半徑尺度分布參數K和水滴數密度N三者組成的最優參量；3)結合所述最優參量，根據式(1)和式(2)計算用于描述濕蒸汽中水滴粒徑分布的Rosin?Rammler函數f(r)和單位體積內含有液態水滴的體積V；f(r)=0.693K-1r‾0.5(rr‾0.5)K-1exp[-0.693(rr‾0.5)K]---(1)]]>式(1)中，表示所述最優參量中的質量中間半徑，K表示所述最優參量中的尺度分布參數，r表示水滴半徑；V=8π3∫r1r2r3&Cen...
【技術特征摘要】
1. 一種基于Mie散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法，其特征在于實施步驟如下： 1) 通過激光器從汽輪機汽缸的監測窗口射入激光光束，通過帶有長焦鏡頭的相機透過 監測窗口采集汽缸內水滴的散射光分布圖像，將所述散射光分布圖像中指定像元作為由水 滴組成的各個散射體，分別基于散射光分布圖像獲取各個散射體的實測散射光強； 2) 基于Mie散射理論計算出所述各個散射體的理論散射光強，計算各個散射體的理論 散射光強、實測散射光強的最小二乘和，以所述最小二乘和對應目標函數的最小值為最優 值，均勻搜索尋找由質量中間半徑^、尺度分布參數K和水滴數密度N三者組成的最優參 量； 3) 結合所述最優參量，根據式（1)和式（2)計算用于描述濕蒸汽中水滴粒徑分布的 Rosin-Rammler函數f(r)和單位體積內含有液態水滴的體積V ;(1) T，％衣不//TJdi取?兒夢里；Ttf」M里;T間半徑，K表示所述最優參量中的尺度分布 參數，r表示水滴半徑；(2) 式（2)中，N表示最優參量中的水滴數密度，;表示水滴粒徑的下限，:r2表示水滴粒徑 的上限，r表示水滴半徑，f (r)表示前述的Rosin-Rammler函數；W耜詁管摶齡機的蒸汽濕度； (3) 式（3)中，Y表示汽輪機的蒸汽濕度，V表示前述的單位體積內含有液態水滴的體積，vm 表示飽和水的比容，^表示飽和蒸汽的比容。2. 根據權利要求1所述的基于Mie散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法，其特征在于， 所述步驟1)中基于散射光分布圖像獲取各個散射體的實測散射光強的詳細步驟如下： 1. 1)將所述散射光分布圖像以均值濾波的方法進行平滑處理； 1. 2)將所述散射光分布圖像中沿著激光光束入射方向的縱向中心線上的像元作為指 定像元，提取所述指定像元的灰度值； 1. 3)采用光功率計對所述激光光束進行標定得到灰度-光強比例因子，將所述指定像 元的灰度值使用所述灰度-光強比例因子轉換成各個散射體的實測散射光強。3. 根據權利要求2所述的基于Mie散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法，其特征在于， 所述步驟1. 3)的詳細步驟如下： 1.3. 1)在暗室環境下，首先將激光光束通過光闌入射相機，采集相機圖像并獲取圖像 灰度值，然后將激光光束通過光闌入射光功率計，從所述光功率計上讀取光功率； 1. 3. 2)根據式（4)計算標定得到灰度-光強比例因子；(4) 式（4)中，γ表示標定得到的灰度-光強比例因子，P表示從光功率計上讀取的光功 率，At表示相機的曝光時間，G表示相機采集圖像獲得的圖像灰度值； 1.3.3)根據式（5)，將所述縱向中心線上各個像元的灰度值使用所述灰度-光強比例 因子轉換成各個散射體的實測散射光強；(5) 式（5)中，Pi表示各個散射體的實測散射光強，G表示相機采集圖像獲得的圖像灰度 值，Y表示標定得到的灰度-光強比例因子，At表示相機的曝光時間。4. 根據權利要求1或2或3所述的基于Mie散射理論的汽輪機蒸汽濕度測量方法，其 特征在于，所述步驟2)的詳細步驟如下： 2. 1)分別初始化設定質量中間半徑t、尺度分布參數K和水滴數密度N的初始值、步 長和取值范圍，根據所述質量中間半徑、尺度分布參數K和水滴數密度N的初始值、步長 和取值范圍生成η組參量； 2. 2)選定第一組參量作為當前參量組； 2. 3)基于Mie散射理論和當前參量組的參數計算當前參量組的理論散射光強； 2.4)根據式（6)所示的目標函數計算當前參量組下理論散射光強、實測散射光強的最 小二乘和，得到當前參量組的目標函數值F ;(6) 式（6)中：表示目標函數，t表示質量中間半徑、K表示尺度分布參數，N表 示水滴數密度；U表示第i個散射體的理論散射光強，Iei表示第i個散射體的實測散射光 強，^表示散射體的總個數； 2. 5)判斷當前參量組是否為第一組參量，如果是則僅僅記錄當前參量組對應的目標函 數值F作為臨時最優值T ;否則，將當前參量組的目標函數值F和臨時最優值T進行比較， 如果當前參量組的目標函數值F大于臨時最優值T，則保持臨時最優值T不變，如果當前參 量組的目標函數值F小于或者等于臨時最優值T，則將當前參量組的目標函數值F賦值給臨 時最優值T ; 2.6)判斷當前參量組是否為最后一組參量，如果是則跳轉執行步驟2.7);否則選擇下 一組參量作為當前參量組，跳轉執行步驟2.3); 2. 7)將臨時最優值T對應的參量組中質量中間半徑<5、尺度分...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃竹青，楊穎，黃章俊，丁濤，許春山，
申請(專利權)人：長沙理工大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43
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