Способ определения температуры газа в технологическом агрегате

(г 9) П ) 1)5 6 01 К 13/ ЗЙЙОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с д г, Кг г тг. о Кго гго Тг= Тго молекулярный определяемые и ческом агрегате чальной, зада момент, измерени пектре шума стр частота в спектр где. рго,рг, Кго, Кг -показатель адиабатыставу газа в технологветственно при на.температуре газа и врактерной частоты в с1 го - характернаяма при температуре Т вес и О о со- с,) соот- () нной я 0й ово- венгете стве оже К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Мариупольский металлургический институт и Мариупольский металлургическийкомбинат "Азовсталь"(56) Авторское свидетельство СССРМ 119700, кл. 6 01 К 11/26, 1958,Газодинамика и акустика струйных течений, - Сб. под ред. В.Г.Дулова: Новосибирск, 1987, с.96-100. Изобретение относится к технике, связанной с определениемтемпературы газа, и может быть использовано в технологических агрегатах и устройствах, где в связи .с особенностями их работы необходим контроль температуры газовой фазы,Цель изобретения - повышение точности в условиях быстрого изменения темпзратуры среды в технологическом агрегате,Поставленная цель достигается тем, что в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отеутствии контакта струи с поверхно.стью раздела фаз в нем на начальном участке струи, длина которого не меньше 8-12 или 43-60 диаметров ее сечения на срезе сопла соответственно для дозвукового и сверхзвукового режимов истечения, параметры которых поддерживают постоянными, одновременно с измерением характерной частоты измеряют состав газа(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ АГРЕГАТЕ (57) Сущность изобретения: через сопло вдувают в агрегат струю газа, в качестве которого используют газ, не реагирующий со средой в агрегате. Поддерживают постоянными режимы истечения струи. Измеряют характерную частоту в спектре шума струи и одновременно состав газа в агрегате, По измеренным значениям определяют. температуру газовой среды, В качестве газа струи может быть использован газ того же состава, что и газовая смесь в агрегате, Вдувание газа может прбводиться в изотермических условиях. 5 з.п. ф-лы. в агрегате, а температуру газапо формуле Вдувание газовой стру; могут и дить в иэотермических условиях при р стве начальной температуры газа в агр температуры торможения струи, В кач газа струи может использоваться газ тосостава, что и газовая среда в технологическом агрегате,В качестве характерной частоты акустического спектра струи используют частоту,соответствующую максимальной величинеобщего уровня шума струи, частоту, соответствующую максимальной интенсивностиширокополосного шума скачков уплотне-.ний, частоту любого тона с интенсивностью;превышающей уровень шума на близких частотах в спектре шума струи,При истечении струй в окружающеепространство формируется слой смешенияих с окружающей средой, который представляет собой набор вихревых структур(мод), конвертируемых вдоль струи с характерными скоростью и масштабом, который; соответствует определенной частоте в спектре шума струи. Развитие слоя смешенияструи является. отражением параметровструи на срезе сопла и параметров окружающей среды. При неизменных параметрахструи на срезе сопла (температуре торможения, полном располагаемом перепаде давления и состава истекающего газа) поизменению слоя смешения струи, т.е. поизменению спектра шума последней, можно судить об изменении параметров окружающей среды, например ее температуры,Зная величину. характерной частоты 1 гоакустического спектра при известных температуре Тго и составе ио и Кго газовой фазы в любой момент времени то и с помощьюзамера нового значения этой характернойчастоты б акустического спектра струи в момент времени т при неизменных параметрах ее истечения (температуры торможения,полного располагаемого перепада давления и.составе истекающего газа) и определения состава газовой фазы рф, и Кг в этотмомент времени, можно определить температуру газовой фазы из выражения/4 го . Кго 1 гоНа начальном участке струи генерируется максимальный уровень шума, При контакте его с поверхностью раздела фаз (сплошные поверхности газ-жидкость или газ-твердое), а также в случае протекания химических реакций, например горения, на этом участке струи возможно изменение, например, подавления интенсивности характернОй частоты в спектре шума струи, что существенно затрудняет контроль частоты па спектру и может привести с неприемлемым погрешностям измерений,Как показали проведенные экспериментальные исследования, длина начального участка струи газа, не реагирующего с газовой фазой и не контактирующего с поверх ностями раздела фаз, зависит от начальныхусловий и режимных параметров их истечения, Однако если длина этого участка составляет не менее 8-12 диаметров начального сечения для дозвуковых струй и 10 43-60 для сверхзвуковых, то наличие (дажеизменяющей свое положение во времени) преграды в струе не приводит к искажению спектра шума свободной струи,Определение характерной частоты аку- , 15 стического спектра струи при условиях изотермического истечения последней,(при температуре газовой фазы То, равной температуре торможения струи) позволяет провести тарировку вне агрегата, например в 20 лабораторных условиях.При использовании для определениятемператур по предлагаемому способу дозвуковых газовых струй, обычно имеющих максимальную интенсивность шума поряд ка 100 ДБ, контроль характерной частоты вспектре их шума затруднен, т.к, общий уровень шума некоторых технологических агре-.гатов имеет более высокую интенсивность, Более того, при использовании дозвуковых 30 струй контроль температуры может осуществляться только по частоте, соответствующей максимальной величине интенсивности общего уровня шума. Использование сверхзвуковых струй, интенсивность шума (осо бенно дискретных тонов); которые гораздовыше интенсивности общего шума агрегатов, позволяют повысить и надежность контроля.При определении температуры газовой 40 фазы по предлагаемому способу в качествехарактерной частоты может быть выбрана любая частота, соответствующая ярко выраженной (точечной) амплитуде в спектре, по которой удобно осуществлять контроль с не обходимой точностью, Кроме частоты, соответствующей максимальной интенсивности общего уровня шума, в качестве характерной частоты в спектре шума сверхзвуковой струи для этих целей может быть исполь зована также частота, соответствующаямаксимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений,. или частота любого высокого тона (дискретного тона) с интенсивностью, превышающей уро вень шума на близких частотах в спектре.Предлагаемый способ определениятемпературы газа осуществляется следующим образом.В технологическом агрегате устанавливают стационарное или периодически вво 1820239димое в.,него сопло или используют одно иэ существующих (технологических) сопел, через которое в газовую фазу агрегата вдувают струю инертного по отношению к последней газа, не контактирующую с поверхностями раздела фаэ на расстоянии 8- 12 диаметров ее сечения на срезе сопла до дозвуковых режимов истечения или 43-60 диаметров для сверхзвуковых.В любой. момент времени гЪ, при котором известны температура Тго ю состав (мо-. лекулярный вес,иго и показатель адиабаты Кго) газовой фазы агрегата с помощью микрофона и анализатора спектра шума измеряют .значение 1 го характерной частоты в спектре шума струи. Для определения нового значения температуры Тг газовой фазы в любой другой момент времени тс помощью указанного известного устройства измеряют значение б этой характерной частоты в спектре шума струи при неизменных параметрах ее истечения (температуры торможения, полного располагаемого перепада давления и состава истекающего газа);Одновременно с замером б с помоЩью известного устройства, например газоанализатора, производят замер состава газовой фазы, По известному составу газовой фазы с помощью известных зависимостей или таблиц справочных данных. определяют ее молекулярный вес,иг и показатель адиабаты Кг(беэ учета его зависимости оттемпературы). По указанной формуле определяют значение температуры Тг и затем, используя известную температурную зависимость Кг от Тг, по этой же формуле определяют значение Тг методом последовательного приближения до необходимой степени точности. Использование микропроцессорной техники позволяет осуществить.совокупность приведенных операций за доли секунды,П р и м. е р. Для контроля температуры газовой фазы по предлагаемому способу в газоотводящем тракте кислородного конвертера, где был установлен стационарный пробоотборник газа масс-спектрометра (погрешность определения 11 компонентов газа 0,5 о с вмонтированной хромельалюмелевой термопарой для определения температуры газов, было установлено калиброванное коническое сопло Лаваля (с числом Маха сопла Мз = 2,0), защищенное от эрозийного и теплового воздействия при , помощи водяного охлаждения. Сверхзвуковая струя воздуха свободно (без контакта с поверхностями раздела фаз) истекала в последнюю, Полный располагаемцй перепад давлений поддерживался постоянным в процессе измерения и составлял По = 7, температура торможения струи То = 30 ОК.При условии изотермического истечения (То = Т,) сверхзвуковой струи в газ того же 5 состава (воздух) частота дискретного тока1 , выбранная в качестве характерной и измеренная с помощью. микрофона, который устанавливался в водоохлаждаемом волноводе, с последующим анализом сигна ла на анализаторе составила 26 кГц.Замеренные частоты б, температура Тги состав (молекулярный вес иг и показатель адиабаты Кг) с помощью масс-спектрометра в области начального сечения струи 15 составили 1 г = 39,1 кГц; Тг = 1204 К;,иг= 31,2 кг/кмоль; Кг = 1,288. Рассчитанная по б температура газовой фазы составила Тг = 1195 К.Предлагаемый способ обеспечивает 20 точное определение температуры агрессивных газовых сред благодаря исключению необходимости постоянного учета геометрических и режимных параметров струи и может использоваться в широком диапаэо не значений температур газовой фазы, перекрывающем соответствующие рабочие диапазонь для большинства технологических агрегатов.Формул а и зоб ретен ия 30 1. Способ определения температуры газа в технологическом агрегате, включающий вдувание в него через сопло газовой струи и измерение характерной частоты 1 г в спектре шума струи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 35 что, с целью повышения точности в условияхбыстрого изменения температуры среды в технологическом агрегате, в качестве газа струи используют газ, не реагирующий с газовой средой в агрегате, при отсутствии 40 контакта струи с поверхностью раздела фаз. в нем на начальном участке струи, длинакоторого не меньше 8-12 или 43 - 60 диаметров ее сечения на срезе сопла, соответственно для дозвукового и сверхзвукового 45 режимов. истечения, параметры которыхподдерживают постоянными с измерением характерной частоты измеряют состав газа в агрегате, а температуру газа Тг определяют по формуле50Тг:Ти . К зо Дго Кго 1 го где,и,оиг, Кго, Кг - молекулярная масса и показатель адиабаты, определяемые по составу газа в технологическом агрегате соответственно, при начальной, заданной температуре Тго газа и в момент измерения характерной частоты в спектре шума струи;1820239 Составитель Н, СоловьеваТехред М.Моргентал Корректор С, Лисина Редактор Заказ 2024 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Ь - характерная частота в спектре шума струи при температуре То.2. Способ поп,1, отличающийся тем, что вдувание газовой струи проводят в изотермических условиях при равенстве на чальной температуры газа в агрегате температуре торможения струи.3. Способ по.пп, 1.и 2, о т л и ч э ю щ ий с я тем, что в качестве газа струи используют газ того же состава, что и газовая среда 10 в технологическом агрегате,4. Способ по пп.1-3, отл ич а ю щи йс я тем, что в качестве характерной частоты используют частоту, соответствующую максимальной спектральной интенсивности шума струи.5. Способ по пп, 1-3, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что.в качестве характерной частоты используют частоту, соответствующую максимальной интенсивности широкополосного шума скачков уплотнений.6. Способпо пп; 1-3, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что.в качестве характерной частоты используют частоту любого тона с интенсивностью, превышающей уровень шума на близких ей частотах в спектре шума струи.