諧振腔法蒸汽濕度測量不確定度及水膜厚度測量研究.pdf

1、濕蒸汽兩相流對汽輪機的安全經濟運行具有較嚴重的影響。蒸汽濕度的準確測量可為濕蒸汽級工作狀況和低壓缸運行效率的確定、葉片除濕和防護裝置設計、通流結構優(yōu)化等提供指導。微波諧振腔介質微擾法是一種具有發(fā)展前景的蒸汽濕度測量新方法，系統結構簡單，操作方便，測量精度高，環(huán)境適應性強，可實現蒸汽濕度的在線連續(xù)監(jiān)測。文章基于諧振腔介質微擾理論，分析了腔體熱變形對蒸汽濕度測量的影響及微波蒸汽濕度測量系統的不確定度；基于低頻同軸諧振腔等效電路，理論分析了低

2、頻同軸諧振腔在線監(jiān)測水膜厚度的可行性，并設計了可用于在線監(jiān)測水膜厚度測量傳感器，對汽輪機機組的安全運行具有重要指導意義。具體內容如下：
　　1.采用流固耦合方法，分析了諧振腔熱變形對蒸汽濕度測量的影響。仿真計算了不同蒸汽參數及流速條件下諧振腔的溫度場及熱變形。根據諧振腔有效部分內表面變形值，利用TE011模式圓柱諧振腔諧振頻率計算式，分析了腔體變形對諧振腔諧振頻率的影響。隨著腔體變形增大，諧振頻率偏移量增大，且腔體變形會對蒸汽濕度

3、的正常測量帶來較大影響。應進一步從諧振腔的結構設計、測量方案等方面改進，減小腔體熱變形對蒸汽濕度測量的影響。
　　2.推導了蒸汽濕度測量關系式的靈敏度系數,分析了微波蒸汽濕度測量系統的壓力、諧振腔諧振頻率等直接測量參數的不確定度。以不同蒸汽壓力及濕度條件為例，分析了濕度測量系統合成標準不確定度的變化。系統合成標準不確定度≤0.004％，且隨著蒸汽濕度、壓力增大，系統合成標準不確定度和擴展不確定度變大,且呈線性趨勢增長?？紤]諧振腔熱

4、變形、腔體內壁沉積水膜或鹽垢、大水滴穿腔、諧振腔取樣偏差等因素，濕度測量系統的綜合不確定度≤0.764%。諧振腔熱變形和取樣誤差，對蒸汽濕度的準確測量影響較大。
　　3.根據低頻同軸諧振腔等效電路，建立了水膜厚度測量數學模型，推導了水膜厚度測量關系式，并設計了用于水膜厚度測量的傳感器。傳感器測量精度較高，結構簡單，尺寸較小，易于安裝布置，測量范圍約為0~1 mm。隨著水膜厚度增加，同軸諧振腔的諧振頻率減小，衰減增大，且水膜厚度測量