专利名称：汽轮机排汽湿度在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及流动湿蒸汽湿度在线测量装置，特别涉及一种对凝气式汽轮机排汽湿度进行长期连续在线监测的装置。
背景技术：
汽轮机排汽湿度测量方法主要有光学法和加热法，迄今为止，尚没有一种能够对汽轮机排汽湿度进行长期连续在线监测的装置，来满足生产实际需要，大多处于实验研究阶段。光学法汽轮机排汽湿度测量装置的光学窗口，很容易结露而影响实际应用。中国专利申请号85103642公布了“电加热计法湿度探针”，它由一个电加热器、导流定位真空套、流量孔装置与调整机构相连接的联轴器组成。该湿度探针测量时将取样蒸汽抽出汽轮机外，对待测蒸汽的湿度有干扰，同时未考虑蒸汽散热量对湿度测量的影响。而采用孔板测流量加大了流动阻力，对抽真空设备要求高。由于是取样测量，不能够实现长期连续在线监测。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种对被测蒸汽的湿度干扰小而且无需抽吸取样，测量精度高的凝汽式汽轮机排汽湿度在线监测装置，能够实现长期连续在线测量，满足生产实际的要求。
本实用新型的目的是通过如下技术方案予以实现的一种对凝汽式汽轮机排汽湿度进行长期连续在线监测装置，其特征在于该装置设在汽轮机低压汽缸排汽管内，主要是由探头，电缆及电缆密封装置，数据采集控制装置，电源和导线及引线组成；所述的探头设有蒸发段加热管，过热段加热管，该两段加热管处于外套筒内；两段加热管内外侧表面均设有陶瓷绝缘层，于两段加热管外表面陶瓷层外，紧密缠绕包覆铁氟龙(PTFE聚四氟乙烯)绝缘皮层的碳纤维加热丝构成加热层，于该二加热层外紧密缠绕硅酸铝绳构成绝热层；在上述二加热层表面至少分别均匀布设10只片形温度传感器，在二绝热层表面亦至少分别均匀布设10只片形温度传感器；在蒸发段加热管自由端装有前传感器座，于该前传感器座的同一横截面上装有两只插式温度传感器，在过热段加热管自由端装有后传感器座，于该后传感器座的同一横截面上装有两只插式温度传感器和一只压力传感器；在蒸发段加热管和过热段加热管之间通过中传感器座将其连接，在该中传感器座的同一横截面上装有两只插式温度传感器、一只压力传感器；蒸发段加热管的一端通过螺纹与前传感器座相连，另一端通过螺纹与中传感器座相连；过热段加热管的一端通过螺纹与后传感器座相连，其另一端与中传感器座以螺纹连接；前传感器座与呈双锥形探头头部之间为配合连接；后传感器座用探头法兰盖压紧，该探头法兰盖与探头法兰盘用螺栓连接，二者之间设有探头密封垫片；外套筒一端焊接在探头头部上，另一端焊接在探头法兰盘上。该外套筒通过至少两组定位支架固定在汽缸壁上；上述二绝热层与外套筒之间为密封套筒；上述提及的二绝热层与密封套筒之间为空腔，向该空腔内灌注环氧树脂构成探头密封层，该密封层用于密封探头和绝缘引线。于所述的二绝热层与密封套筒之间的空腔内，所有传感器及加热层的加热丝的引线均与电缆相连，通过电缆密封装置从汽轮机低压缸内引出，与数据采集控制装置相连。
上述的在线监测装置，其所述的电缆密封装置主要由电缆套管、穿壁管、汽缸法兰盘、汽缸法兰盖、密封接头、密封衬套、密封压盖组成。所述的汽缸法兰盘焊在汽缸壁新开孔的外侧；穿壁管穿过汽缸法兰盖和汽缸壁上的新开的孔，焊在汽缸法兰盖上。汽缸法兰盘与汽缸法兰盖之间用汽缸螺栓连接固定，二者之间设有汽缸密封垫片。穿壁管的一端通过标准电缆套管接头以螺纹与探头引出的电缆套管连接，其另一端与密封接头以螺纹相连；密封压盖以螺纹与密封接头相连，同时密封压盖将密封衬套与密封接头之间的密封填料压紧。
上述的在线监测装置，其所述的数据采集控制装置主要由8031单片机，电阻调理板，调压�？椋痰缙鳎涣鹘哟テ鳎疵殴返缏罚桃壕允敬埃⑿痛蛴』笆莶杉刂迫砑槌伞�
本实用新型与现有技术相比具有如下的显著的技术进步1.被测蒸汽自由流过探头，无需抽吸取样，对被测蒸汽的湿度干扰�。�2.取消了真空设备，安装、维护方便，运行消耗很�。哉Ｉ挥杏跋欤�3.在计算湿度时充分考虑了散热量损失，精度较高；4.湿度的测量由数据采集控制装置自动实现，并可以为其它设备提供湿度的数据接口；5.能够实现对凝汽式汽轮机排汽湿度进行长期稳定连续在线监测。
图1为本实用新型的结构示意图图2为本实用新型的探头结构示意图图3为本实用新型的电缆密封装置结构示意图图4为本实用新型双段加热法测量原理图图5为本实用新型的数据采集控制装置硬件系统图图6为本实用新型的数据采集控制装置软件框图，其中1-探头 2-电缆套管接头 3-汽缸壁4-电缆 5-数据采集控制装置 6-探头头部7-前传感器座8-插式温度传感器 9-片形温度传感器10-外套筒 11-定位支架12-密封套筒13-中传感器座 14-绝热层 15-加热丝16-后传感器座 17-电缆套管18-探头法兰盖19-探头密封垫片 20-探头法兰盘 21-探头螺栓22-压力传感器 23-蒸发段加热管24-过热段加热管25-穿壁管 26-汽缸法兰盘 27-汽缸法兰盖
28-弹簧垫片29-汽缸螺栓30-汽缸密封垫片31-密封接头32-密封填料33-密封衬套34-密封压盖为实现本实用新型并提高湿度测量精度，建立了数学模型，提出了汽轮机排汽湿度计算公式。参见附图4，汽轮机排出的湿蒸汽自由流过等直径的圆管，采用双段加热方法，即分别对蒸发段L0和过热段L1进行电加热，使湿蒸汽被加热变成过热蒸汽。在蒸发段内湿蒸汽被加热为干蒸汽，在过热段内被加热为过热蒸汽。依据热平衡方程，通过测量蒸发段进口饱和湿蒸汽的温度t0、蒸发段出口(即过热段进口)的温度t1和压力P1、过热段出口的温度t2和压力P2，及蒸发段传给蒸汽的加热量Q0和过热段传给蒸汽的加热量Q1，即可计算出进入探头内的湿蒸汽的湿度，其能量平衡方程式如下过热段上L1
蒸发段L0
湿蒸汽的焓值由下式计算h0＝Y0h0′+(1-Y0)h0″(3)式(1)中c1，c2分别为过热段进、出口蒸汽流速，式(2)中c0为蒸发段进口蒸汽流速，其中 与h2-h1相比， 与h1-h0相比都很�。珊雎圆患疲�(1)(2)可简化为过热段L1Q1m=h2-h1...(4)]]>蒸发段上L0Q0m=h1-h0...(5)]]>由式(4)得到蒸汽质量流量为m=Q1h2-h1...(6)]]>式(4)中Q1=W1-2πλ1L1(twi1-two1)lndodi...(7)]]>
式(5)中Q0=W0-2πλ0L0(twi0-two0)lndodi...(8)]]>由式(3)(5)(6)(7)(8)最终得出探头入口处饱和湿蒸汽湿度的计算式Y0=[W0-2πλ0L0(twi0-two0)lndodi](h2-h1)[W1-2πλ1L1(twi1-two1)lndodi](h0″-h0′)-h1-h0′′h0′′-h0′---(9)]]>各测量元件测量值或经过计算的值设定如下t0-位于前传感器座上的插式温度传感器测得的蒸发段入口饱和蒸汽温度，是两个温度传感器测量值的平均值；t1-位于中传感器座上的插式温度传感器测得的蒸发段出口(即过热段进口)蒸汽温度，是两个温度传感器测量值的平均值；t2-位于后传感器座上的插式温度传感器测得的过热段出口过热蒸汽温度，是两个温度传感器测量值的平均值；P1-位于中传感器座上的压力传感器测得的过热段进口蒸汽压力；P2-位于后传感器座上的压力传感器测得的过热段出口蒸汽压力；twi0-蒸发段上片形温度传感器测得的探头加热层外壁温度，是多个温度传感器测量值的平均值；twil-过热段上片形温度传感器测得的探头加热层外壁温度，是多个温度传感器测量值的平均值；two0-蒸发段上片形温度传感器测得的探头绝热层外壁温度，是多个温度传感器测量值的平均值；two1-过热段上片形温度传感器测得的探头绝热层外壁温度，是多个温度传感器测量值的平均值；W0-蒸发段加热丝的电加热功率，由数据采集控制装置内加热控制电压调整子程序给定的加热电压经湿度计算子程序得到；W1-过热段加热丝的电加热功率，由数据采集控制装置内加热控制电压调整子程序给定的加热电压经湿度计算子程序得到；λ0-探头蒸发段绝热层的导热系数，预先测定；λ1-探头过热段绝热层的导热系数，预先测定；d0-探头绝热层外直径，已知的结构设计值；di-探头绝热层内直径，已知的结构设计值；L0-探头蒸发段绝热层的长度，已知的结构设计值；L1-探头过热段绝热层的长度，已知的结构设计值；h1-过热段进口(即蒸发段出口)处的过热蒸汽焓，由t1，P1查水蒸汽性质表得到，由数据采集控制装置内湿度计算子程序实现；
h2-过热段出口处的过热蒸汽焓，由t2，P2查水蒸汽性质表得到，由数据采集控制装置内湿度计算子程序实现；h0-探头蒸发段入口饱和蒸汽焓，推倒公式用中间量；h0′-探头蒸发段入口饱和蒸汽温度对应的饱和水焓，由t0查水蒸汽性质表得到，由数据采集控制装置内湿度计算子程序实现；h0″-探头蒸发段入口饱和蒸汽温度对应的饱和汽焓，由t0查水蒸汽性质表得到，由数据采集控制装置内湿度计算子程序实现；Q0-流经探头蒸发段的蒸汽单位时间内吸收的加热丝加热量，推倒公式用中间量；Q1-流经探头过热段的蒸汽单位时间内吸收的加热丝加热量，推倒公式用中间量；m-流过探头的蒸汽质量流量，推倒公式用中间量；Y0-探头入口处湿蒸汽湿度，由式(9)在数据采集控制装置内经湿度计算子程序计算得到；具体实施方式
现结合附图和具体实施方式
，对本实用新型进一步说明如下。
实施例1从附图1可见，本实用新型汽轮机排汽湿度在线监测装置是设在汽轮机低压缸排汽管内，探头1及其定位支架11焊接在汽缸中分面以下，使探头1平行于汽轮机排汽汽流方向，探头头部6正对来流方向，探头1距离汽轮机末级叶片10-20厘米。湿蒸汽自由流过探头1，在探头1内被加热成过热蒸汽。该装置主要由探头1，电缆4及电缆密封装置，数据采集控制装置5，电源和导线及引线等组成。从附图2可见，所述的探头1设有蒸发段加热管23，过热段加热管24，它们由普通薄壁钢管加工而成，其两端均带有螺纹，处于外套筒10内。该外套筒10一端焊接在呈双锥形探头头部6上，另一端焊接在探头法兰盘20上，其外表面至少焊接有两组定位支架11，每组定位支架11位于该外套筒10的同一个横截面上，通过定位支架11将探头1固定在汽缸壁3上。上述的蒸发段加热管23、过热段加热管24内外表面为陶瓷绝缘层，并分别在蒸发段加热管23、过热段加热管24的外表面陶瓷层外，紧密缠绕包覆铁氟龙(PTFE聚四氟乙烯)绝缘皮层的碳纤维加热丝15构成加热层，该加热丝15的直径约2mm。在该二加热层外紧密缠绕硅酸铝绳构成绝热层14；在前述的两段加热层表面至少分别均匀布设10只片形温度传感器9。在两段绝热层14表面上也至少分别均匀布设10只片形温度传感器9。在蒸发段加热管23自由端装有前传感器座7，于该前传感器座7同一截面上装有两只插式温度传感器8；在过热段加热管24自由端装有后传感器座16，在该后传感器座16的同一截面上装有两只插式温度传感器8，和一只压力传感器22；在所述的蒸发段加热管23和过热段加热管24之间，用中传感器座13将其连接起来，该中传感器座13同一截面上装有两只插式温度传感器8，和一只压力传感器22；上述提及的插式温度传感器8、片形温度传感器9均采用高精度的铂电阻Pt100，量程为0～500℃；上述提及的压力传感器22采用高精度隔离膜压力变送器，量程为-1～0bar；蒸发段加热管23一端通过螺纹与前传感器座7相连，其另一端通过螺纹与中传感器座13相连，过热段加热管24一端通过螺纹与后传感器座16相连，另一端与中传感器座13以螺纹相连；前传感器座7与呈双锥形探头头部6之间为配合连接，后传感器座16用探头法兰盖18压紧，探头法兰盖18与探头法兰盘20之间用探头螺栓21连接，二者之间有探头密封垫片19；外套筒10一端焊接在探头头部6上，另一端焊在探头法兰盘20上；该外套筒通过至少两组定位支架11固定在汽缸壁3上；以上所述的二绝热层14与外套筒10之间为密封套筒12；在二绝热层14与密封套筒12之间的空腔内，所有传感器及二段加热层的加热丝15的引线，均与电缆4相连，通过电缆密封装置3，从汽轮机低压缸内引出，与数据采集控制装置5相连，在该装置内实现湿度的计算、显示和输出等。而上述提及的绝热层14与密封套筒12(聚乙烯圆筒)之间为空腔，向该空腔内灌注环氧树脂构成探头密封层，探头头部6、外套筒10、探头法兰、电缆套管17的材质均为1Cr18Ni9Ti。
见附图3，本实用新型的汽轮机排汽湿度在线监测装置中的电缆密封装置主要由穿壁管25，汽缸法兰盘26、汽缸法兰盖27、密封接头31、密封衬套33、密封压盖34组成，其材质均为普通碳钢。在所述的汽缸壁3上开孔，将汽缸法兰盘26焊在汽缸壁3上开孔的外侧；穿壁管25穿过汽缸法兰盖27和汽缸壁3上的开孔，焊在汽缸法兰盖27上。汽缸法兰盘26与汽缸法兰盖27之间用汽缸螺栓29连接固定，二者之间设有汽缸密封垫片30；汽缸螺栓29与汽缸法兰盖27之间有弹簧垫片28；所述的穿壁管25一端通过标准电缆套管接头2，以螺纹与探头1引出的电缆套管17连接，另一端与密封接头31以螺纹相连；密封压盖34以螺纹与密封接头31相连；密封压盖34将密封衬套33与密封接头31之间的密封填料32压紧。
见附图5，本实用新型所述的湿度在线监测装置中数据采集控制装置，能够实现湿度的计算、显示、打印、输出及电加热功率的自动调整。它主要由AT89C51单片机，K-804B热电阻调理板，调压�？椋痰缙鳎涣鹘哟テ鳎疵殴返缏罚桃壕允敬埃⑿痛蛴』布笆莶杉刂迫砑槌�。该软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析子程序、加热控制电压调整子程序、湿度计算子程序。
上述的数据采集控制装置中的看门狗电路用于防止外部信号干扰。键盘用来进行参数设定，对加热控制电压初值，数据采样周期，绝热层内壁温上下限值进行设定，设定值被存储到时钟芯片DS12887中，时钟芯片自带锂电池，可使存入数据掉电后不丢失，并可根据实际情况任意修改。完成设定后，CPU发出控制信号经光偶隔离后送给继电器驱动芯片ULN2003，开启继电器，使交流接触器吸合，为系统供电。CPU把设定初值通过数模转换3#传给调压�？椋蕴酵纺诘乃渭尤人�15加热，并由控制加热程序自动调整电加热功率，直到探头1温度介于绝热层14壁温上下限(180～200℃)之间，把此时的加热控制电压值存储到数据存储器上，经程序存储器的计算子程序换算为电加热功率值。蒸汽湿度测量探头1内的蒸汽压力通过压力传感器转换为电流信号，通过电缆4将电流信号送至数据采集控制装置5内，由电流电压转换器转换为电压信号，经数模转换1#转换为数字信号；蒸汽湿度测量探头1内的蒸汽温度、绝热层14温度通过温度传感器转换为电阻信号，通过电缆5将电阻信号送至数据采集控制装置5内，由电阻调理板转换器转换为电压信号，经数模转换2#转换为数字信号；数据采集子程序将压力温度数据通过数据滤波子程序滤出脉冲干扰及小的随机干扰，再通过数据分析子程序对采集来的数据进行分析，判断其是否有效。加热控制电压调整子程序可以监测绝热层14内壁的温度，使其在设定的180～200℃范围内，从而既能保证探头1内的蒸汽被充分加热又不会使探头1超温。湿度计算子程序将有效数据依照给定的计算公式(9)计算出湿度值，并将其结果显示、打�。笨山獾玫氖戎低üＷ�4#，变成模拟信号或通过串行口直接将数字信号输出给其它外部设备。
以下结合附图6，对本实用新型的数据采集控制装置中建立的数据采集控制软件，作进一步的说明。数据采集控制装置上电启动后，首先进行系统的初始化，给出各个测量参数初值，并进行自检，查验各传感器是否工作正常，若不正常则继续自检并给出出错信息。若自检正常则显示器显示系统主菜单，在主菜单的提示下若重新设定参数，用键盘对加热控制电压初值，数据采样周期，绝热层内壁温上下限值进行参数设定，否则系统采用初始化时的默认设置。参数设置完毕后进行探头内的温度压力数据采集，数据滤波子程序对采集来的数据进行滤波处理，将有外界干扰的数据滤掉，滤波后的数据再经数据分析组程序，与初始化时的数据比较，判断数据是否合理和有效。若信号经判断无效，继续进行探头内的温度压力数据采集并进行数据滤波和数据分析；若信号有效，那么判断绝热层内壁温是否超出180～200℃的范围，如果超出，调用加热控制电压调整子程序调整加热电压，然后返回到探头内的温度压力数据采集。如果绝热层内壁温没有超出180～200℃的范围，那么调用湿度计算子程序进行湿度的计算，并将计算结果显示、打印、输出到外部设备。判断数据采样时间到否，若已到采样时间，则继续进行探头内的温度压力数据采集，否则等待采样时刻到来。
权利要求1.一种对凝汽式汽轮机排汽湿度进行长期连续在线监测的装置，其特征在于该装置设在汽轮机低压缸排汽管内，主要是由探头(1)，电缆(4)及电缆密封装置，数据采集控制装置(5)，电源和导线及引线组成；所述的探头(1)设有蒸发段加热管(23)，过热段加热管(24)，该两段加热管处于外套筒(10)内；两段加热管内外侧表面为陶瓷绝缘层，分别于两段加热管外表面陶瓷层外，紧密缠绕包覆铁氟龙绝缘皮层的碳纤维加热丝(15)构成加热层；于该二加热层外为紧密缠绕硅酸铝绳的绝热层(14)；在上述的二加热层表面至少分别均匀布设10只片形温度传感器(9)，在二绝热层(14)表面亦至少分别布设10只片形温度传感器(9)；在蒸发段加热管(23)自由端装有前传感座(7)，于该前传感器座(7)同一截面上装有两只插式温度传感器(8)；在过热段加热管(24)自由端装有后传感器座(16)，在该后传感器座(16)同一截面上装有两只插式温度传感器(8)，一只压力传感器(22)；在蒸发段加热管(23)和过热段加热管(24)之间通过中传感器座(13)将其连接，在该中传感器座(13)的同一截面上装有两只插式温度传感器(8)，一只压力传感器(22)；蒸发段加热管(23)一端通过螺纹与前传感器座(7)相连，另一端通过螺纹与中传感器座(13)相连；过热段加热管(24)一端通过螺纹与后传感器座(16)相连，另一端与中传感座(13)以螺纹相连；前传感器座(7)与呈双锥形探头头部(6)之间为配合连接，后传感器座(16)用探头法兰盖(18)压紧，探头法兰盖(18)与探头法兰盘(20)之间用探头螺栓(21)连接，二者之间设有探头密封垫片(19)；外套筒(10)一端焊接在探头头部(6)上，另一端焊接在探头法兰盘(20)上；该外套筒通过至少两组定位支架(11)固定在汽缸壁(3)上；上述二绝热层(14)与外套筒(10)之间为密封套筒(12)；于所述的二绝热层(14)与密封套筒(12)之间的空腔内，所有传感器及两段加热层的加热丝(15)的引线，均与电缆(4)相连，并通过电缆密封装置从汽轮机低压缸内引出，与数据采集控制装置(5)相连。
2.根据权利要求1所述的湿度在线监测装置，其特征在于所述的电缆密封装置主要由穿壁管(25)、汽缸法兰盘(26)、汽缸法兰盖(27)、密封接头(31)、密封衬套(33)、密封压盖(34)组成；所述的汽缸法兰盘(26)焊接在汽缸新开孔处的外侧，穿壁管(25)穿过汽缸法兰盖(27)和汽缸壁(3)上新开的孔，焊接在汽缸法兰盖(27)上；汽缸法兰盘(26)与汽缸法兰盖(27)之间用汽缸螺栓(29)连接固定，二者之间设有汽缸密封垫片(30)；穿壁管(25)一端通过标准电缆套管接头(2)以螺纹与探头(1)引出的电缆套管(17)连接，另一端与密封接头(31)以螺纹相连；密封压盖(34)以螺纹与密封接头(31)相连，由密封压盖(34)将密封衬套(33)与密封接头(31)之间的密封填料(32)压紧。
3.根据权利要求1所述的湿度在线监测装置，其特征在于所述的数据采集控制装置主要由AT89C51单片机、电阻调理板、调压�？椤⒓痰缙�、交流接触器、看门狗电路、键盘液晶显示窗、微型打印机及数据采集控制软件组成。
专利摘要本实用新型涉及凝汽式汽轮机排汽湿度在线监测装置，它是设在汽轮机低压缸排汽管内，由探头、电缆及电缆密封装置、数据采集控制装置、电源及引线构成。探头内所有传感器及加热丝的引线均与电缆相连，经电缆密封装置从低压缸内引出，与数据采集控制装置相连。所述的数据采集控制装置由以单片机、电阻调理板、调压�？�、继电器、交流接触器、看门狗电路、键盘液晶显示窗、微型打印机为主的硬件系统，和以数据采集、数据滤波、数据分析、加热控制电压调整、湿度计算等子程序为主的软件系统组成。探头两段加热管表面的陶瓷层外，缠绕包覆铁氟龙皮层的碳纤维加热丝，该丝层外缠绕硅酸铝绳的绝热层，能实现长期连续湿蒸汽湿度在线监测，测量精度较高。
文档编号G01N25/60GK2745067SQ20042001259
公开日2005年12月7日 申请日期2004年9月27日 优先权日2004年9月27日
发明者杨善让, 王升龙, 赵贺, 王建国, 齐兵, 陈福, 徐志明, 孙灵芳, 张海林, 王恭, 陈立军, 娄娟 申请人:东北电力学院
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
