一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，测量系统由信号处理及控制器、TE111模模块、TE011模模块、压力计和温度计组成；TE111模模块和TE011模块结构相同，分别在TE111模式和TE011模式下工作；压力计和温度计的输出端接信号处理及控制器的相应输入端，信号处理及控制器的相应控制输出端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输入端，其输入端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输出端。本实用新型专利技术采用四通道双模谐振模式工作，快速、准确测量湿蒸汽湿度，消除水膜厚度及环境温度引起的测量误差，提高湿度测量精度。

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.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及汽轮机蒸汽湿度测量系统，尤其是一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，属于汽轮机蒸汽湿度在线监测

技术介绍
对于汽轮机末几级的湿蒸汽状态，湿度过大会腐蚀叶片表面，湿度不同，造成的这种水蚀程度也就不同。所以从汽轮机运行效率的角度，以及从叶片水蚀程度的角度，在线精确测定湿蒸汽的湿度对汽轮机的长期稳定性及其寿命具有重大意义。目前国内外用于汽轮机内流动湿蒸汽湿度的测量方法主要是热力学法、光学法、CCD成像法及微波金属圆柱波导微扰法。热力学法是从汽轮机的排汽中抽取部分汽体样本，引向测量段进行处理，由于热力学湿度法湿度测量装置的体积较大，只适用于在测量汽轮机排汽湿度等具有较大蒸汽空间的场合使用，不能够实现蒸汽湿度的在线测量。光学法湿度测量依据的原理是当光线通过含有细微颗粒或雾滴的介质时将产生散射现象。可直接测出蒸汽中水滴的粒径分布，装置的外形尺寸小，对被测汽流的状态无干扰等优点，但实用中要保证光学窗口的洁净、不结露，测量结构复杂，设备造价高。CCD成像法采用图像处理技术，显微视频技术和微粒图像速度仪测量汽轮机中蒸汽湿度和水滴直径，但设备造价高，在准确度等方面需进一步的提高。微波金属圆柱波导微扰法是微波谐振腔的微扰，其工作原理是：微波谐振腔内介质介电常数的微小变化，将对谐振腔产生微扰，引起谐振腔谐振频率的改变，通过测量谐振腔谐振频率的变化，可以测量谐振腔内介质介电常数，能够实现蒸汽湿度的在线测量。汽轮机湿蒸汽是由干饱和蒸汽和大量的细小雾滴组成的汽-水混合物，由于气态水和液态水的介电常数差别很大，因此汽轮机排汽的湿度不同，其介电常数也就不同。对于一定频率的微波场，在压力、温度一定的情况下，汽轮机湿蒸汽的介电常数只决定于湿蒸汽的湿度，因此，可以通过测量汽轮机湿蒸汽的介电常数来实现汽轮机湿蒸汽湿度的测量。湿蒸汽湿度传感器采用的是圆柱波导结构，为了让湿蒸汽流过谐振腔，谐振腔两端开有圆环缝隙。谐振腔采用全金属结构，长时间工作在湿蒸汽状态，谐振腔内表面会形成一层水膜，使谐振腔谐振频率发生偏移，从而使测量结果产生偏差。可见，水膜对蒸汽湿度测量系统的精确度会产生一定的影响，因此有必要对水膜厚度进行测量，消除水膜厚度对测量结果带来的测量误差，提高湿度测量精度。目前，国内外对谐振腔内表面形成的水膜层厚度测量还未见文献报道，目前微波谐振腔湿度测量中大多使用一个谐振腔作为湿度传感器，称为单腔测量系统，单腔测量系统对微波源的频率稳定度要求较高，而且无法消除谐振腔体热膨胀因素的影响；个别学位论文报道使用两个谐振腔作为湿度传感器，称为双腔测量系统，双腔测量系统对微波源的频率稳定度要求不是很高，而且消除了谐振腔体热膨胀因素的影响，但目前的双腔测量系统没有考虑谐振腔内表面形成的一层水膜对测量结果带来的测量误差，影响了测量精度；因此，迫切需要研究一种结构简单，能够消除水膜厚度引起的测量误差的测量方法，提高湿度测量精度，满足在线监测汽轮机内蒸汽湿度测量的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺陷或不足，本技术提出一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统。为实现上述技术目的，本技术采用的技术方案如下：一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，包括信号处理器及控制器、TE111模式模块、TE011模式模块；所述TE111模式模块、TE011模式模块结构相同，分别在TE111模式和TE011模式下工作；所述信号处理及控制器的相应控制输出端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输入端，其输入端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输出端；所述TE111模式模块由第一扫频信号源、第一隔离器、第一功率分配器、第一测量谐振腔、第一参考谐振腔、第一参考通道和第一测量通道组成；所述第一扫频信号源的输入端接信号处理及控制器的相应输出端，在信号处理及控制器控制下生成扫频信号，扫频信号经第一隔离器输入第一功率分配器，所述第一功率分配器输出的第一路信号和第二路信号分别经第一测量通道和第一参考通道输出至信号处理及控制器的相应输入端；所述第一测量通道由第一环形器、第一检波器组成；所述第一功率分配器输出的一路信号依次经第一环形器、第一检波器输出至信号处理及控制器的相应输入端，另一路信号输出至第一微波测量谐振腔；所述第一参考通道由第二环形器、第二检波器组成；所述第二环形器的相应输出端与第一参考谐振腔连接；所述第一参考谐振腔与第一测量谐振腔为尺寸相同的圆柱波导谐振腔，所述第一参考谐振腔为封闭腔，充满干饱和蒸汽；所述第一测量谐振腔为非封闭腔，允许待测蒸汽自由通过；所述第一扫频信号源的频率扫描范围由第一测量谐振腔的谐振频率决定，所述第一测量谐振腔的谐振频率f02为：f02=c2πϵ‾rm(1.841a)2+(πl)2]]>式中，c为光速，a为第一测量谐振腔的半径，l为谐振腔的长度，为湿蒸汽的相对介电常数均值；所述TE011模式模块由第二扫频信号源、第二隔离器、第二功率分配器、第三环形器、第三检波器、第四环形器、第四检波器、第二测量谐振腔、第二参考谐振腔组成；所述第二扫频信号源的频率扫描范围由的谐振频率决定，所述第二测量谐振腔(15)的谐振频率f04为：f04=c2πϵ‾rm(3.832a)2+(πl)2---(2)]]>式中，c，a，l，的取值与(1)式相同。进一步，所述的双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统还包括压力计和温度计；所述压力计和温度计的输出端接信号处理及控制器的相应输入端。进一步，所述第一扫频信号源和第二扫频信号源均为DDS扫频信号源，其频率扫描范围分别为5.3G-5.7G和9.3G-9.7G。本技术的有益效果在于：1、本技术圆柱波导谐振腔双模谐振四通道模式工作，使每个微波元器件工作在窄带情况下，成本低；2、本技术采用四通道模式工作，有效抵消蒸汽温度引起的金属热膨胀。利用圆柱波导谐振腔在一个工作模式下谐振频率的偏移与水膜厚度成线性变化的规律，在另一个工作模式下谐振频率的偏移与水膜厚度成三次多项式的变化规律，通过多项式拟合技术，解决了解析表达式需要求解含有贝塞尔函数积分的方程，难于求解、计算复杂且计算量大的问题；3、本技术实际测试时，根据存储的拟合公式，快速、准确测量湿蒸汽湿度传感器内壁水膜厚度，进而快速、准确测量水膜对湿度测量引入的误差，使用方便；4、本技术解决了湿度传感器内表面水膜厚度及环境温度变化对汽轮机湿蒸汽湿度的测量影响，快速、准确测量湿蒸汽湿度传感器内壁水膜厚度，消除水膜厚度及金属热膨胀对测量结果带来的测量误差，提高了湿度测量精度。附图说明图1是本技术中测量系统的原理框图；图2是本技术中测量系统的结构示意框图；图3是TE111模式下水膜厚度与谐振频率偏移的关系图；图4是TE011模式下谐振频率偏移与水膜厚度的关系图。具体实施方式实施例1：如图1所示，一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，由信号处理器及控制器1、TE111模式模块、TE011模式模块、压力计20和温度计21组成；所述TE111模式模块、TE011模式模块结构相同，分别在TE111模式和TE011模式下工作；所述压力计20和温度计21的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，其特征在于：包括信号处理器及控制器(1)、TE111模式模块、TE011模式模块；所述TE111模式模块、TE011模式模块结构相同，分别在TE111模式和TE011模式下工作；所述信号处理及控制器(1)的相应控制输出端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输入端，其输入端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输出端；所述TE111模式模块由第一扫频信号源(2)、第一隔离器(3)、第一功率分配器(4)、第一测量谐振腔(6)、第一参考谐振腔(9)、第一参考通道和第一测量通道组成；所述第一扫频信号源(2)的输入端接信号处理及控制器(1)的相应输出端，在信号处理及控制器(1)控制下生成扫频信号，扫频信号经第一隔离器(3)输入第一功率分配器(4)，所述第一功率分配器(4)输出的第一路信号和第二路信号分别经第一测量通道和第一参考通道输出至信号处理及控制器(1)的相应输入端；所述第一测量通道由第一环形器(5)、第一检波器(7)组成；所述第一功率分配器(4)输出的一路信号依次经第一环形器(5)、第一检波器(7)输出至信号处理及控制器(1)的相应输入端，另一路信号输出至第一微波测量谐振腔(6)；所述第一参考通道由第二环形器(8)、第二检波器(10)组成；所述第二环形器(8)的相应输出端与第一参考谐振腔(9)连接；所述第一参考谐振腔(9)与第一测量谐振腔(6)为尺寸相同的圆柱波导谐振腔，所述第一参考谐振腔(9)为封闭腔，充满干饱和蒸汽；所述第一测量谐振腔(6)为非封闭腔，允许待测蒸汽自由通过；所述第一扫频信号源(2)的频率扫描范围由第一测量谐振腔(6)的谐振频率决定，所述第一测量谐振腔(6)的谐振频率f02为：f02=c2πϵrm-(1.841a)2+(πl)2---(1)]]>式中，c为光速，a为第一测量谐振腔(6)的半径，l为谐振腔的长度，为湿蒸汽的相对介电常数均值；所述TE011模式模块由第二扫频信号源(11)、第二隔离器(12)、第二功率分配器(13)、第三环形器(14)、第三检波器(16)、第四环形器(17)、第四检波器(19)、第二测量谐振腔(15)、第二参考谐振腔(18)组成；所述第二扫频信号源的频率扫描范围由的谐振频率决定，所述第二测量谐振腔(15)的谐振频率f04为：f04=c2πϵrm-(3.832a)2+(πl)2---(2)]]>式中，c，a，l，的取值与(1)式相同。...

【技术特征摘要】
1.一种双模四通道汽轮机蒸汽湿度测量系统，其特征在于：包括信号处理器及控制器(1)、TE111模式模块、TE011模式模块；所述TE111模式模块、TE011模式模块结构相同，分别在TE111模式和TE011模式下工作；所述信号处理及控制器(1)的相应控制输出端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输入端，其输入端分别接TE111模式模块、TE011模式模块的相应输出端；所述TE111模式模块由第一扫频信号源(2)、第一隔离器(3)、第一功率分配器(4)、第一测量谐振腔(6)、第一参考谐振腔(9)、第一参考通道和第一测量通道组成；所述第一扫频信号源(2)的输入端接信号处理及控制器(1)的相应输出端，在信号处理及控制器(1)控制下生成扫频信号，扫频信号经第一隔离器(3)输入第一功率分配器(4)，所述第一功率分配器(4)输出的第一路信号和第二路信号分别经第一测量通道和第一参考通道输出至信号处理及控制器(1)的相应输入端；所述第一测量通道由第一环形器(5)、第一检波器(7)组成；所述第一功率分配器(4)输出的一路信号依次经第一环形器(5)、第一检波器(7)输出至信号处理及控制器(1)的相应输入端，另一路信号输出至第一微波测量谐振腔(6)；所述第一参考通道由第二环形器(8)、第二检波器(10)组成；所述第二环形器(8)的相应输出端与第一参考谐振腔(9)连接；所述第一参考谐振腔(9)与第一测量谐振腔(6)为尺寸相同的圆柱波导谐振腔，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淑娥，曹晓亚，杨再旺，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北;13