Способ определения координаты точки закипания теплоносителя в канале-нагревателе

 

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ТОЧКИ ЗАКИПАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В КАНАЛЕ-НАГРЕВАТЕЛЕ, включающий измерение .флюктуации давления теплоносителя в канале-нагревателе, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьпиения точности и помехоустойчивости регистрации координаты точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя, вызывают колебания температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя. Определяют скорость теплоносителя на некипящем участке, измеряют время запаздывания флюктуации давления в канале-нагревателе относительно вызывающих их флюктуации температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя и по величине произведения скорости на время I запаздывания определяют расстояние от места регистрации входной темпера (Л туры теплоносителя до точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя ,

09) 01) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g 1) 6 01 N 25/08

:(53) 536.42(088,8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPb!TMA (21) 3521077/18-25 (22) 30.11.82 (46) 30.06.84. Бюл. Ф 24 (72) Е.М. Белов, M.А. Иендельбаум и А.П. Савинов (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ô 606429, кл. G 01 N 25/08, 1978.

2. Рехин Е.И., Ржевкин В.P.

Акустический контроль АЭС. — Аналитический обзор. АИНФ 455. N., 1978, с, 56 (ЦНИИ Атоминформ) (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТЫ ТОЧКИ ЗАКИПАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

В КАНАЛЕ-НАГРЕВАТЕЛЕ, включающий измерение .флюктуаций давления теплоносителя в канале-нагревателе, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости регистрации координаты точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя, вызывают колебания температуры теплоносителя на входе канала"нагревателя, определяют скорость теплоносителя на некипящем участке, измеряют время запаздывания флюктуаций давления в канале- нагревателе относительно вызывающих их флюктуаций температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя и по величине произведения скорости на время запаздывания определяют расстояние Я от места регистрации входной температуры теплоносителя до точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя.

f100548

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что спектр регистрируемых флюктуаций давления ограничиваИзобретение относится к энергетике и может быть использовано для определения точки закипания теплоносителя по длине обогреваемых каналов.

Известен фазокогерентный способ об- 5 наружения закипания теплоносителя в .канале-нагревателе, основанный на различии свойств одно- и двухфазных потоков, в частности на несжимаемости однофазного теплоносителя при измене IÎ нии мощности теплопровода и сжимае мости двухфазного. Возникающая при закипании теплоносителя когерентная связь между колебаниями выходной температуры и давления на выходе канала-нагревателя позволяет обнаружить закипание .теплоносителя (1) .

Однако при возможности указать кипящий канал-нагреватель в группе каналов-нагревателей в теплообменнике невозможно определить точку закипа. ния теплоносителя по длине каналанагревателя, поскольку когерентная связь между колебаниями температуры и давления на выходе канала-нагревателя существует при любой длине кипящего участка, отличной от руля.

Наиболее близок к предлагаемому способ определения координаты точки закипания теплоносителя в каналенагревателе, заключающийся в регистрации флюктуаций давления теплоносителя на входе и выходе канала-нагревателя с помощью акустических датчиков, выделении полезного сигнала на фоне

35 помех, измерении времени запаздывания, скорости звука в теплоносителе, расстояния между датчиками и нахождении искомой величины по измеренным величинам (2) .

Недостатками известного способа являются низкие избирательность и помехозащищенность, зависимость результата измерения от места локализации и

45 резонансных свойств датчиков, состава теплоносителя, конструктивных особенностей звукового тракта, а также мают частотным диапазоном вызываемых флюктуаций температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя. лые интервалы регистрируемой разности времени.

Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости регистрации координаты точки закипания теплоносителя по длине канала-нагревателя. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения координаты точки закипания теплоносителя в канале-нагревателе, включающему измерение флюктуаций давления теплоносителя в канале-нагревателе, вызывают колебания температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя, определяют скорость теплоносителя на некипящем участке, измеряют время запаздывания флюктуаций давления в каналенагревателе относительно вызывающих их флюктуаций температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя и по величине произведения скорости теплоносителя на время запаздывания определяют расстояние от места регистрации входной температуры теплоносителя до точки закипания теплоносителя по дли- . не канала-нагревателя.

Спектр регистрируемых флюктуаций дав" ления ограничивают частотным диапазоном вызываемых флюктуаций температуры теплоносителя на входе канала-нагревателя.

Способ определения координаты закипания теплоносителя по длине каналанагревателя основан на возникновении при кипении теплоносителя границы, разделяющйй.- некипящий (экономайзерный) участок от кипящего (испарительного).

Место границы кипящего участка в канале-нагревателе определяется величиной тепловой энергии, скоростью теплоносителя и температурой теплоноси-. теля на входе канала-нагревателя. Колебания входной температуры теплоносителя hT приводят к возникновению тепловой волны, которая распространяется по некипящему участку каналанагревателя до границы закипяния со скоростью теплоносителя на некипящем

"2 "1 и, соответственно, пп

61 =- " т з 1100З (экономайзерном) участке. В результате через некоторое время транспортного запаздывания с1 происходит смещение границы, разделяющей экономайзерный и испарительный участок в канале-на- 5 гревателе, которое, в свою очередь, через время i, определяемое скоростью звуковой волны в канале-нагревателе, вызывает соответствующие флюктуации давления на датчике давле- 10 ния Р,.

Таким образом, запаздывание колебаний давления теплоносителя, например, на выходе канала-нагревателя относительно вызывающих их колебаний входной температуры теплоносителя г и 1 "2 )

" . Ь1! Vr где, — длина экономайзерного участ-20 ка т — скорость теплоносителя, и 2 — определяется скоростью распространения звука в теплоносителе. 25

Поскольку скорость звука в теплоносителе превосходит скорость теплоносителя на некипящем участке на практике более чем в 50 раз, то

Следовательно, измеряя время за-, паздывания Флюктуаций давления относительно вызвавших их флюктуаций температуры (например, взаимно корреляционным методом) и скорость теплоносителя на экономайзерном участке, можно легко определять расстояние от точки регистрации входной температуры теплоносителя до места возникновения кипения теплоносителя

Таким образом, отсутствует предва1 рительная градуировка аппаратуры при изменении химического состава теплоносителя,его плотности, абсолют- 50 ной величины давления и температуры теплоносителя на входе канала нагревателя. Способ характеризуется .высокой помехозащищенностью от воздействия посторонних источников акусти- 55 ческого шума. Регистрируемое запаздывание имеет значительно большую вели<чину из-за меньшей скорости распрост48 4 ранения сигнала (скорость теплоносителя много меньше скорости звука в теплоносителе), что облегчает аппаратурную реализацию, обработку информации и позволяет увеличить точность и надежность результатов.

Кроме того, способ допускает статистическую обработку измеряемых сигналов и определение величины запаздыва-. и ния по величине временного сдвига максимума корреляционной функции между случайными флюктуациями температуры на входе канала-нагревателя и флюктуациями давления на его выходе.

На чертеже представлена блок-схема экспериментальной установки циркуляционного типа для реализации предлагаемого способа.

В состав лабораторной установки входят водозаборный бак 1, циркуляционный насос 2, игольчатые вентили 3 и

4, подогреватель 5, канал-нагреватель

6, манометры 7-9, датчик 10 давления, термометры 11 и 12, термопары 13 и 14 и холодильник 15. Основной частью установки является канал-нагреватель 6, выполненный из двух кварцевых трубок, вставленных одна в другую. Подвод тепла к каналу-нагревателю осуществляется с помощью равномерно распределенных по длине канала секций нагревателя общей мощностью 6 кВт, расположенных снаружи канала, и одной распределенной секции мощностью 2 кВт. В кольцевом зазоре между кварцевыми трубками прокачивается теплоноситель. Плавная регулировка подводимой мощности в канал-нагреватель осуществляется автотрансформаторами.

Модуляция входной температуры теп" лоносителя осуществляется с помощью стандартного генератора Г-3-39 с усилителем.

Установка работает следующим образом.

Теплоноситель из водозаборного бака 1 поступает в циркуляционный насос 2,. с выхода которого через игоу =-. чатый вентиль 3 проходит в канал-нагреватель, где нагревается, а затем через игольчатый вентиль 4 поступает в холодильник 15,и обратно в водозаборный бак. Контроль абсолютных значений и амплитуды колебаний давления, расхода и температуры на входе и выходе канала-нагревателя осуществляется манометрами 8 и 9 (типа ОБИВ-1-160), индуктивными датчиками 10 давления

11005

Состав С.Беловодченко

Техред А.Кикемезей Корректор О. Билак

Редактор Л.Пчелинская

Заказ 4573/34

Тираж 823 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

3 (типа ДД-6) и термопарами 13 и 14.

Сигналы термопар, расположенных на входе и выходе канала-нагревателя, усиливаются вольтметрами типа Ф 116/2, нормируются на максимальное абсолют- 5 ное значение сигнала, в результате чего выделяются переменные составляющие, соответствующие уровню колебаний температуры. После фильтрации нормированного сигнала по выходной температуре с целью подавления помех промышленной частоты он усиливается усилителем, благодаря чему чувствительность измерительного тракта по выходной температуре теплоносителя сос- 15 тавляет 0,1 С. Регистрация давления на выходе канала-нагревателя производится с помощью стандартного комплекса виброизмерительной аппаратуры

ВИА-5МА, при этом после фильтрации 20 и усиления инфранизкочастотным усилителем чувствительность тракта по давлению доводят до 0,01 атм. Скорость теплоносителя на экономайзерном участке канала-нагревателя 6 определя- 5 ется по площади проходного сечения канала-нагревателя и величине расхода, определяемого расходомером, образованным подогревателем 5 и манометрами 7 и 8. Регистрация исследуемых па» 30 раметров, производится на трехканальном самопишущем потенциометре Н-327-3., Длина кипящего участка определяется визуальным наблюдением по наличию пузырьков в теплоносителе в стеклянром канале-нагревателе.

Из полученной зависимости величины запаздывания от величины подводимой в каналу-нагревателю мощности и от координаты закипания видно, что при постоянной скорости течения теплоног сителя на экономайзерном участке величина запаздывания линейно зависит от длины экономайзерного участка.

Базовым объектом изобретения является применяемый на атомных электростанциях способ определения координаты .закипания теплоносителя в каналенагревателе, основанный на расчетах энтальпии начала поверхностного кипения 1 „„(Z)

По сравнению с базовым объектом предлагаемый способ характеризуется независимостью результатов от химического состава теплоносителя и результатов от изменения со временем эксплуатации коэффициентов теплоотдачи .(Е) и А „д j"„) отсутствием необходимости измерения распределенных по Z п а р а м е т р о в, таких как k (7)

oL р и (7 ), 4 () и распределение тепловыделения (Е) . Кроме того, предлагаемый способ основан на измерении времени запаздывания между флюктуациями, т.е. не требует измерения абсолютных значений температур и давления, что значительно снижает требования к датчикам и делает ненужной корректировку показаний датчиков за период их работы, а также расширяет область применения способа без внесения изменений в обработку информации датчиков (эмпирических формул в базовом объекте) при изменении абсолютного давления, температуры, конструкции канала. Таким образом, способ позволяет значительно повысить надежность получаемой информации о координате закипания теплоносителя и тем самым поднять мощность канала-нагревателя, сократив резервный запас по энергонапряженности до возможного кризиса кипения.