Способ измерения среднего объемного паросодержания в теплоносителе и устройство для его осуществления

Способ измерения среднего объемного паросодержания в теплоносителе и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С ТИЛЬСТВУ (u) 871057 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлеио 18.06. 79 {2т) 2780888/25-10 с присоединением заявки HP (23) Приоритет—

Опубликовано 071031. Бюллетеиь 49 37 (53)М. Кл."

G 01 N 29/00

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытий (53) УДК534. 22 (088.8) Дата опубликовани я описания 07.1081 (72) Автор изобретения

В.И.Мельников

Горьковский политехнический институт - : . -" ) им. A.A.Æäàíîâà (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ОБЪЕМНОГО

ПАРОСОДЕРЖАНИЯ В ТЕПЛОНОСИТЕЛЕ

И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к контрольноизмерительной аппаратуре для диагностики теплоносителя в ядерных энергетических установках и к аппаратуре для определения характеристик двухфазного теплоносителя.

Известны способы измерения среднего объемного паросодержания, основанные на пропусканни через трубопро- 1О вод с измеряемым потоком радиоизотопного излучения, например у-излучения. Определение паросодержания по этому способу осуществляется путем измерения степени поглощениями -излучения при прохождении его через трубопровод с потоком двухфазной среды.

Так как поглощение у -лучей паром значительно меньше, чем жидкостью, то сравнивая поглощение -излучения при прохождении через трубопровод с двух- 2О фазной средой и трубопровод с однофазной средой, можно судить о паросодержании (1g .

Использование известных способов встречает определенные трудности.

При просвечивании толстых стенок трубопроводов с контролируемым потоком необходимы источники радиоактивного излучения большой мощности, которые требуют специального обслуживания З0 и дороги. Вторичная схема устройств для реализации известного способа включает в свой состав фотоэлектронные умножители, стабилизированные. источники высокого напряжения, цифровые анализаторы импульсов и другое оборудование, требующее квалифицированного обслуживания и стоимость которого велика. Результаты измерений, полученные при помощи таких устройств нуждаются в дополнительной обработке, иногда с применением ЭВМ.

Кроме того, известные способы невозможно применить в системах с радиоактивным теплоносителем, поскольку собственное излучение теплоносителя создает фон помех приемному устройству.

Известны также способы измерения паросодержания, основанные на пропускании тока через теплоноситель.

Устройства для реализации таких способов содержат два или более изолированных электрода, помещенных в поток. Измеряя сопротивление .алектрическому току такой системы, судят о паросодержании. При измерении водяного потока вследствие относительно высокой проводимости воды сопротивление указанной цепи невелико. При

871057 попадании паровой фазы s зазор между электродами сопротивление повышается, что и фиксируется вторичной схемой

323 .

Однако указанные способы не получили распространения ввиду черезвычайно низкой надежности узлов ввода электродов в высокотемпературную срйду. При высоких давлениях и температурах.в качестве изолятора возможно применение лишь керамических материалов, которые не выдерживают термических напряжений и тепловых качек и очень быстро разрушаются, вызывая короткое замыкание электродов через корпус устройства. Кроме того, показания вторичных приборов, описанных выше устройств, зависят от содержания примеси в теплоносителе, его солевого состава, который может меняться в значительных пределах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный способ измерения среднего объема паросодержания, включающий посылку ультразвуковых импульсов в контролируемый теплоноситель и регистрацию прошедших через него импульсов.

Устройство для осуществления способа содержит генератор импульсов, измерительный акустический канал, включающий закрепленные на торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель и приемник ультразвука, соединенный с усилителем, причем излучатель соединен с выходом генератора, а также регенератор затухания ультразвука, соединенный с усилителем (3 .

Недостатком известных способа и устройства является низкая точность измерений вследствие того, что затухание ультразвука при распространении через двухфазный поток сильно зависит от размера пузырьков, их формы и взаимного положения.

Целью изобретения является повышение точности измерений паросодержания.

Поставленная цель достигается эа . счет, того, что в известном способе, включающем посылку ультразвуковых импульсов в контролируемый теплоноситель и регистрацию прошедших через него импульсов, посылки ультразвуковых импульсов осуществляют одновременно через несколько каналов, объемы теплоносителя в которых имеют величину меньше объема пузырьков газа, регистрируют среднюю частоту им пульсов, прошедших через контролируемые объемы и измеряют отношение этой частоты к,частоте следования посылаемых импульсов, по которому определяют среднее объемное паросодержание в теплоносителе.

Устройство для осуществления предлагаемого способа, содержащее генера5

t0

65 тор импульсов и измерительный акустический канал,.включающий Закрепленные на торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель и приемник ультразвука, соединенный с усилителем, причем излучатель соединен с выходом генератора, снабжено несколькими идентичными измерительными акустическими каналами, излучающие преобразователи которых соединены с выходом генератора импульсов, соединенными последовательно с входами усилителей соответствующих измерительных каналов, формирователями, схемами .антисовпадений, линиями задержки, схемой ИЛИ, счетчиком и изм рителем отношения частот, а также формирователем строб-импульса и элементом задержки, через которые синхровыход генератора соединен со вторым входом измерителя отношения частот и со вторыми входами схем антисовпадений.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа измерения паросодержания.

Устройство содержит трубопровод 1 с измеряемым потоком 2, на котором установлены волноводы 3 и 4 с закрепленными на их торцах акустическими преобразователями 5 и 6. Излучающие преобразователи 5 подключены к выходу генератора импульсов 7, а приемные

6 через усилители 8 — к формирователям импульсов 9. Выходы формирователей 9 подключены к первым входам схем антисовпадений 10, выходы которых через линии задержки 11 соединены со входами схемы ИЛИ 12. Выход схемы ИЛИ

12 через счетчик 13 соединен с одним иэ входов измерителя отношения частот 14. Синхровыход генератора импульсов 7 через элемент задержки 15 и формирователь строб-импульсов 16 соединен со вторыми входами схем антисовпадений 10 и измерителя отношения частот 14.

Измеритель паросодержания работает следующим образом.

Вырабатываемые генератором 7 электрические импульсы преобразуются преобразователями 5 в ультразвуковые, которые по волноводам 3 подаются в контролируемые объемы 17 потока теплоносителя 2. Вследствие малости контролируемых объемов 17 в них в каждый зафиксированный момент времени находится либо пар, либо жидкость.

Причем прохождение ультразвуковых импульсов с относительно малым затуханием к приемным волноводам 4 и преобразователям 6 происходит лишь B те моменты времени, когда в соответствующих контролируемых объемах 17 находится жидкость. Поэтому при паросодержании отличном от нуля, средняя частота следования импульсов на выходе преобразователей 6 меньше, чем

871057 частота импульсов, вырабатываемых генератором 7.

Акустические импульсы, преобраз.ванные преобразователями 6 в электрические, усиливаются усилителями 8 и подаются на формирователи 9, которые формируют из них импульсы стандартной прямоугольной формы. Прямоугольные импульсы поступают на первые входы схем антисовпадений 10, на вторые входы которых подаются импульсы с синхровыхода генератора 7 с задержкой, равной времени распространения ультразвуковых сигналов от излучающих преобразователей 5 к приемным 6, формируемой элементом задержки 15. формирователь строб-импульсов 16 вырабатывает импульсы длительностью, равной ширине временного окна, в течение которого работают схемы антисовпадений 10, т.е. осуществляется временное стробирование принимаемых сигналов, что существенно увеличивает помехозащищенность приемной части устройства. Импульсы с выходов схем антисовпадений 10, вырабатываемые в момент времени, когда в соот- 2 ветствующих контролируемых объемах

17 находится пар, подаются на линии задержки 11, при помощи которых осуществляется временное разделение импульсов, пришедших одновременно на их входы. Это достигается путем установки различного времени задержки на всех линиях задержки 11 (во всех каналах). Импульсы с выходов линий задержки 11 поочередно поступают на схему ИЛИ, имеющую число входов, рав- З5 ное количеству каналов, и беспрепятственно проходят на ее выход, соединенный со счетчиком 13. Счетчик 13 осуществляет процедуру деления числа импульсов, поступающих на его вход, 40 на число, равное количеству каналов.

Далее импульсы поступают на измеритель отношения частот 14, который подсчитывает число импульсов, привход B Te eHHe опреде- 45 ленного периода времени, задаваемого количеством импульсов, поступающих с выхода формирователя .строб импульсов 16.

По определению объемное паросодержания

*= — т

М

V где V — объем пара в измеряемом объеме;

Н вЂ” измеряемый объем. 55

Выделяя элементарные струйки измеряемого потока теплоносителя, проходящие через контролируемые объемы

17 устройства, рассматривая среднее объемное паросодержание в них, можно д записать и е

4 п ЕФ„- VS1 1п Е 1 3, и где n — число каналов элементарных

5 струек; время нахождения i-го пу14. зырька в j -ом измеряемом объеме ;

V - средняя скорость движения теплоносителя в j-ом измеряемом объеме;

Sg - сечение j -го элементарного объема перпендикулярно осевой линии;

Т вЂ” выбранный период измерения;

5 Т. - полное время нахождения

4 паровой фазы в j--ом измеряемом объеме в течение периода измерения; т — количество импульсов, не

20 прошедших к приемному преобразователю вследствие появления в -ом измеряемом объеме пара в течение периода измерений !

5 Й вЂ” полное число импульсов, посланных каждым излучающим преобразователем в контролируемый объем в течение периода измерений; — средняя частота импульсов, не прошедших к -му приемному преобразователю; частота генератора импульсов ! — средняя частота импульсов, не прошедших к приемным преобразователям вследствие наличия в контролируемых объемах пара, отнесенная к одному приемному преобразователю.

Таким образом, измерением отношения средней частоты импульсов, не прошедших к приемному преобразователю, к частоте генератора импульсов определяется среднее объемное паросодержание в потоке теплоносителя .

Распределяя контролируемые объемы равномерно по измеряемому сечению и выбирая их число, можно с любой указанной точностью определить паросодержание в ней.

Предлагаемый способ определения паросодержания н устройство для его осуществления отличается широким диапазоном измерений (от 0 до 1003) и высокой точностью измерений. Регистрация пузырьков йара и, следовательно, измерение паросодержания не зависят от среднего паросодержания, давления, температуры среды, скорости потока и т.п. Первичные датчики и узлы их крепления могут быть полностью изготовлены иэ стали с применением сварки, что увеличивает их надежность и технологичность. Вторичная схема может быть собрана из пр. боров, узлов

871057 и деталей, серийно выпускаемых оте.чественной промышленностью, причем это приборы общего пользования, не требующие специального обслуживания и не являющиеся источниками повышенной опасности. Так в качестве измерителя отношения частот может быть применен частотомер Ч3-34, а всю логическую часть устройства можно собрать на микросхемах, например, 155 серии. Данные измерений, полученные описанным устройством, не нуждаются в дополнительной обработке. Все это позволяет широко„применять укаэанное. устройство.

Описанный способ и устройство может быть использовано для измерений 15 в ядерных энергетических установках, в агрессивных и взрывоопасных средах, s труднодоступных местах, в химическом и энергетическом оборудовании.

Формула изобретения

1. Способ измерения среднего объемного паросодержания в теплоносителе, включающий посылку. Ультразвуковых импульсов в контролируемый теплоноситель и регистрацию прошедших через него импульсов, .о т л и ч а юш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, посылку ультразвуковых импульсов осуществляют одновременно через несколько каналов, объемы теплоносителя в которых имеют величину меньше объема пузырьков газа, регистрируют среднюю частоту нмпульсоз, прошедших через все контро» лируемые объемы, и измеряют отношение этой частоты к частоте следования посылаемых импульсов,.по которо-. му определяют среднее объЕмное паросодержание в теплоносителе.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее генератор импульсов и измерительный акустический канал, включащий закрепленные на торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель и приемник ультразвука, соединенный с усилителем, причем излучатель соединен с выходом генератора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено несколькими идентичными измерительными акустическими каналами, излучающие преобразователи которых соединены с выходом генератора импульсов, соединенными последовательно с выходами усилителей соответствующих измерительных каналов формирователями, схемами антисовпадений, линиями задержки, схемой ИЛИ, счетчиком, и измерителем отношения частот, а также формирователем строб-импульса и элементом задержки, через которые еинхровыход генератора импульсов соединен со вторым входом измерителя отношения частот и со вторыми входами схем антисовпадений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Резников M.È. и др. Радиоизотопные методы исследования внутрнкотельных процессов. М., "Энергия", 1964, с.38.

2. Субботин В.И. и др. Резистивный и емкостный методы измерения паросодержания. -"Теплоэнергетика", 1974, 9 6, с.63.

3. Патент Франции tt 2198640, .кл.G 01 и 29/02, 1974 (прототип).

871057

Составитель Е.Литвинов

Редактор О.филиппова Техред Ж.Кастелевич Корректор 0.Макаренко

Заказ 8427/16 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4