谐振腔测量湿蒸汽湿度系统设计与实验研究

发布时间：2020-09-30 19:15

　　 我国大型汽轮机的最末几级和核电站汽轮机的全部级都工作在湿蒸汽区,湿蒸汽会严重影响机组的安全、经济运行。精确的测量湿蒸汽湿度,不仅有利于确定整个机组的工作效率,也能为汽轮机的除湿装置、叶片优化和叶片防护的设计提供有力的依据。微波谐振腔介质微扰技术测量湿蒸汽湿度,不需要对蒸汽试样进行多余操作,可连续测量,而且精确度高,发展潜力巨大。本文基于微波谐振腔介质微扰技术,对介质的介电常数、谐振腔的测量系统和谐振腔的温度特性进行了分析研究。1)微波谐振腔介质微扰技术是指当谐振腔内的电介质的介电性质稍有变化时,腔内的电磁场分布将受到微小扰动,这会引起谐振频率变化,而微波频率的测量精度很高,因此谐振腔作为一些非电量测量的传感器具有很高精度。湿度测量的基础是湿蒸汽混合物的介电性质研究。本文通过单、双Debye弛豫方程对比得到较精确的饱和水复介电常数方程,使用双Debye弛豫方程可以有效的减小误差;通过模型对比得到精确度较高的湿蒸汽复介电常数模型,有效介质模型比lichtenecker模型更符合湿蒸汽。温度和频率一定时,湿蒸汽复介电常数随湿度变化不大,适合使用谐振腔微扰技术测量湿蒸汽湿度。2)通过理论分析得出:由于谐振腔的热胀冷缩现象,当温度改变时,谐振腔的谐振频率的偏移不仅与谐振腔内介质介电常数的改变有关,也与谐振腔自身尺寸的改变有关。通过HFSS电磁仿真软件模拟和实验分析,验证了介质改变和尺寸改变所引起的谐振频率的偏移为同一数量级。使用谐振腔测量湿蒸汽湿度时需要剔除腔体温度改变引起的谐振频率的偏移。3)优化了谐振腔测量方案,解决了测量系统的两个重要缺陷。设计了两种测量系统:一是利用球阀控制来代替探针杆;一是利用百叶窗结构来代替探针杆。汽轮机在运行过程中,汽轮机的外壳也有振动相对较小,对腔体的稳定性及安全性影响较小。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK262
【部分图文】：

饱和水复介电常数实部

饱和水复介电常数Fig.2-3complexpermittivityofsaturatedwater

饱和蒸汽复介电常数Fig.2-4complexpermittivityofdrysaturatedwater

【参考文献】

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本文编号：2831258