一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，測量系統由信號處理及控制器、TE111模模塊、TE011模模塊、壓力計和溫度計組成；TE111模模塊和TE011模塊結構相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；壓力計和溫度計的輸出端接信號處理及控制器的相應輸入端，信號處理及控制器的相應控制輸出端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸入端，其輸入端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸出端。本實用新型專利技術采用四通道雙模諧振模式工作，快速、準確測量濕蒸汽濕度，消除水膜厚度及環境溫度引起的測量誤差，提高濕度測量精度。

Steam wetness measurement system for dual mode four channel steam turbine

The utility model discloses a dual-mode four channel turbine steam humidity measurement system, the measurement system consists of signal processing and controller, TE111 module, TE011 module, pressure gauge and thermometer; TE111 module and TE011 modules have the same structure, respectively in TE111 mode and TE011 mode; the output end of the thermometer and pressure gauge the signal processing and the corresponding controller input, the corresponding control output signal processing and controller is respectively connected with the TE111 module, TE011 module corresponding to the input end of the corresponding output end of the input end are respectively connected with the TE111 module, TE011 module. The utility model adopts the four channel double mode resonant mode to work quickly and accurately to measure the moisture of the wet steam, to eliminate the measurement error caused by the thickness of the water film and the ambient temperature, and to improve the accuracy of the humidity measurement.

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及汽輪機蒸汽濕度測量系統，尤其是一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，屬于汽輪機蒸汽濕度在線監測

技術介紹
對于汽輪機末幾級的濕蒸汽狀態，濕度過大會腐蝕葉片表面，濕度不同，造成的這種水蝕程度也就不同。所以從汽輪機運行效率的角度，以及從葉片水蝕程度的角度，在線精確測定濕蒸汽的濕度對汽輪機的長期穩定性及其壽命具有重大意義。目前國內外用于汽輪機內流動濕蒸汽濕度的測量方法主要是熱力學法、光學法、CCD成像法及微波金屬圓柱波導微擾法。熱力學法是從汽輪機的排汽中抽取部分汽體樣本，引向測量段進行處理，由于熱力學濕度法濕度測量裝置的體積較大，只適用于在測量汽輪機排汽濕度等具有較大蒸汽空間的場合使用，不能夠實現蒸汽濕度的在線測量。光學法濕度測量依據的原理是當光線通過含有細微顆粒或霧滴的介質時將產生散射現象。可直接測出蒸汽中水滴的粒徑分布，裝置的外形尺寸小，對被測汽流的狀態無干擾等優點，但實用中要保證光學窗口的潔凈、不結露，測量結構復雜，設備造價高。CCD成像法采用圖像處理技術，顯微視頻技術和微粒圖像速度儀測量汽輪機中蒸汽濕度和水滴直徑，但設備造價高，在準確度等方面需進一步的提高。微波金屬圓柱波導微擾法是微波諧振腔的微擾，其工作原理是：微波諧振腔內介質介電常數的微小變化，將對諧振腔產生微擾，引起諧振腔諧振頻率的改變，通過測量諧振腔諧振頻率的變化，可以測量諧振腔內介質介電常數，能夠實現蒸汽濕度的在線測量。汽輪機濕蒸汽是由干飽和蒸汽和大量的細小霧滴組成的汽-水混合物，由于氣態水和液態水的介電常數差別很大，因此汽輪機排汽的濕度不同，其介電常數也就不同。對于一定頻率的微波場，在壓力、溫度一定的情況下，汽輪機濕蒸汽的介電常數只決定于濕蒸汽的濕度，因此，可以通過測量汽輪機濕蒸汽的介電常數來實現汽輪機濕蒸汽濕度的測量。濕蒸汽濕度傳感器采用的是圓柱波導結構，為了讓濕蒸汽流過諧振腔，諧振腔兩端開有圓環縫隙。諧振腔采用全金屬結構，長時間工作在濕蒸汽狀態，諧振腔內表面會形成一層水膜，使諧振腔諧振頻率發生偏移，從而使測量結果產生偏差。可見，水膜對蒸汽濕度測量系統的精確度會產生一定的影響，因此有必要對水膜厚度進行測量，消除水膜厚度對測量結果帶來的測量誤差，提高濕度測量精度。目前，國內外對諧振腔內表面形成的水膜層厚度測量還未見文獻報道，目前微波諧振腔濕度測量中大多使用一個諧振腔作為濕度傳感器，稱為單腔測量系統，單腔測量系統對微波源的頻率穩定度要求較高，而且無法消除諧振腔體熱膨脹因素的影響；個別學位論文報道使用兩個諧振腔作為濕度傳感器，稱為雙腔測量系統，雙腔測量系統對微波源的頻率穩定度要求不是很高，而且消除了諧振腔體熱膨脹因素的影響，但目前的雙腔測量系統沒有考慮諧振腔內表面形成的一層水膜對測量結果帶來的測量誤差，影響了測量精度；因此，迫切需要研究一種結構簡單，能夠消除水膜厚度引起的測量誤差的測量方法，提高濕度測量精度，滿足在線監測汽輪機內蒸汽濕度測量的要求。
技術實現思路
針對上述現有技術的缺陷或不足，本技術提出一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統。為實現上述技術目的，本技術采用的技術方案如下：一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，包括信號處理器及控制器、TE111模式模塊、TE011模式模塊；所述TE111模式模塊、TE011模式模塊結構相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；所述信號處理及控制器的相應控制輸出端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸入端，其輸入端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸出端；所述TE111模式模塊由第一掃頻信號源、第一隔離器、第一功率分配器、第一測量諧振腔、第一參考諧振腔、第一參考通道和第一測量通道組成；所述第一掃頻信號源的輸入端接信號處理及控制器的相應輸出端，在信號處理及控制器控制下生成掃頻信號，掃頻信號經第一隔離器輸入第一功率分配器，所述第一功率分配器輸出的第一路信號和第二路信號分別經第一測量通道和第一參考通道輸出至信號處理及控制器的相應輸入端；所述第一測量通道由第一環形器、第一檢波器組成；所述第一功率分配器輸出的一路信號依次經第一環形器、第一檢波器輸出至信號處理及控制器的相應輸入端，另一路信號輸出至第一微波測量諧振腔；所述第一參考通道由第二環形器、第二檢波器組成；所述第二環形器的相應輸出端與第一參考諧振腔連接；所述第一參考諧振腔與第一測量諧振腔為尺寸相同的圓柱波導諧振腔，所述第一參考諧振腔為封閉腔，充滿干飽和蒸汽；所述第一測量諧振腔為非封閉腔，允許待測蒸汽自由通過；所述第一掃頻信號源的頻率掃描范圍由第一測量諧振腔的諧振頻率決定，所述第一測量諧振腔的諧振頻率f02為：f02=c2πϵ‾rm(1.841a)2+(πl)2]]>式中，c為光速，a為第一測量諧振腔的半徑，l為諧振腔的長度，為濕蒸汽的相對介電常數均值；所述TE011模式模塊由第二掃頻信號源、第二隔離器、第二功率分配器、第三環形器、第三檢波器、第四環形器、第四檢波器、第二測量諧振腔、第二參考諧振腔組成；所述第二掃頻信號源的頻率掃描范圍由的諧振頻率決定，所述第二測量諧振腔(15)的諧振頻率f04為：f04=c2πϵ‾rm(3.832a)2+(πl)2---(2)]]>式中，c，a，l，的取值與(1)式相同。進一步，所述的雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統還包括壓力計和溫度計；所述壓力計和溫度計的輸出端接信號處理及控制器的相應輸入端。進一步，所述第一掃頻信號源和第二掃頻信號源均為DDS掃頻信號源，其頻率掃描范圍分別為5.3G-5.7G和9.3G-9.7G。本技術的有益效果在于：1、本技術圓柱波導諧振腔雙模諧振四通道模式工作，使每個微波元器件工作在窄帶情況下，成本低；2、本技術采用四通道模式工作，有效抵消蒸汽溫度引起的金屬熱膨脹。利用圓柱波導諧振腔在一個工作模式下諧振頻率的偏移與水膜厚度成線性變化的規律，在另一個工作模式下諧振頻率的偏移與水膜厚度成三次多項式的變化規律，通過多項式擬合技術，解決了解析表達式需要求解含有貝塞爾函數積分的方程，難于求解、計算復雜且計算量大的問題；3、本技術實際測試時，根據存儲的擬合公式，快速、準確測量濕蒸汽濕度傳感器內壁水膜厚度，進而快速、準確測量水膜對濕度測量引入的誤差，使用方便；4、本技術解決了濕度傳感器內表面水膜厚度及環境溫度變化對汽輪機濕蒸汽濕度的測量影響，快速、準確測量濕蒸汽濕度傳感器內壁水膜厚度，消除水膜厚度及金屬熱膨脹對測量結果帶來的測量誤差，提高了濕度測量精度。附圖說明圖1是本技術中測量系統的原理框圖；圖2是本技術中測量系統的結構示意框圖；圖3是TE111模式下水膜厚度與諧振頻率偏移的關系圖；圖4是TE011模式下諧振頻率偏移與水膜厚度的關系圖。具體實施方式實施例1：如圖1所示，一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，由信號處理器及控制器1、TE111模式模塊、TE011模式模塊、壓力計20和溫度計21組成；所述TE111模式模塊、TE011模式模塊結構相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；所述壓力計20和溫度計21的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，其特征在于：包括信號處理器及控制器(1)、TE111模式模塊、TE011模式模塊；所述TE111模式模塊、TE011模式模塊結構相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；所述信號處理及控制器(1)的相應控制輸出端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸入端，其輸入端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸出端；所述TE111模式模塊由第一掃頻信號源(2)、第一隔離器(3)、第一功率分配器(4)、第一測量諧振腔(6)、第一參考諧振腔(9)、第一參考通道和第一測量通道組成；所述第一掃頻信號源(2)的輸入端接信號處理及控制器(1)的相應輸出端，在信號處理及控制器(1)控制下生成掃頻信號，掃頻信號經第一隔離器(3)輸入第一功率分配器(4)，所述第一功率分配器(4)輸出的第一路信號和第二路信號分別經第一測量通道和第一參考通道輸出至信號處理及控制器(1)的相應輸入端；所述第一測量通道由第一環形器(5)、第一檢波器(7)組成；所述第一功率分配器(4)輸出的一路信號依次經第一環形器(5)、第一檢波器(7)輸出至信號處理及控制器(1)的相應輸入端，另一路信號輸出至第一微波測量諧振腔(6)；所述第一參考通道由第二環形器(8)、第二檢波器(10)組成；所述第二環形器(8)的相應輸出端與第一參考諧振腔(9)連接；所述第一參考諧振腔(9)與第一測量諧振腔(6)為尺寸相同的圓柱波導諧振腔，所述第一參考諧振腔(9)為封閉腔，充滿干飽和蒸汽；所述第一測量諧振腔(6)為非封閉腔，允許待測蒸汽自由通過；所述第一掃頻信號源(2)的頻率掃描范圍由第一測量諧振腔(6)的諧振頻率決定，所述第一測量諧振腔(6)的諧振頻率f02為：f02=c2πϵrm-(1.841a)2+(πl)2---(1)]]>式中，c為光速，a為第一測量諧振腔(6)的半徑，l為諧振腔的長度，為濕蒸汽的相對介電常數均值；所述TE011模式模塊由第二掃頻信號源(11)、第二隔離器(12)、第二功率分配器(13)、第三環形器(14)、第三檢波器(16)、第四環形器(17)、第四檢波器(19)、第二測量諧振腔(15)、第二參考諧振腔(18)組成；所述第二掃頻信號源的頻率掃描范圍由的諧振頻率決定，所述第二測量諧振腔(15)的諧振頻率f04為：f04=c2πϵrm-(3.832a)2+(πl)2---(2)]]>式中，c，a，l，的取值與(1)式相同。...

【技術特征摘要】
1.一種雙模四通道汽輪機蒸汽濕度測量系統，其特征在于：包括信號處理器及控制器(1)、TE111模式模塊、TE011模式模塊；所述TE111模式模塊、TE011模式模塊結構相同，分別在TE111模式和TE011模式下工作；所述信號處理及控制器(1)的相應控制輸出端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸入端，其輸入端分別接TE111模式模塊、TE011模式模塊的相應輸出端；所述TE111模式模塊由第一掃頻信號源(2)、第一隔離器(3)、第一功率分配器(4)、第一測量諧振腔(6)、第一參考諧振腔(9)、第一參考通道和第一測量通道組成；所述第一掃頻信號源(2)的輸入端接信號處理及控制器(1)的相應輸出端，在信號處理及控制器(1)控制下生成掃頻信號，掃頻信號經第一隔離器(3)輸入第一功率分配器(4)，所述第一功率分配器(4)輸出的第一路信號和第二路信號分別經第一測量通道和第一參考通道輸出至信號處理及控制器(1)的相應輸入端；所述第一測量通道由第一環形器(5)、第一檢波器(7)組成；所述第一功率分配器(4)輸出的一路信號依次經第一環形器(5)、第一檢波器(7)輸出至信號處理及控制器(1)的相應輸入端，另一路信號輸出至第一微波測量諧振腔(6)；所述第一參考通道由第二環形器(8)、第二檢波器(10)組成；所述第二環形器(8)的相應輸出端與第一參考諧振腔(9)連接；所述第一參考諧振腔(9)與第一測量諧振腔(6)為尺寸相同的圓柱波導諧振腔，所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張淑娥，曹曉亞，楊再旺，
申請(專利權)人：華北電力大學保定，
類型：新型
國別省市：河北;13