Способ измерения среднего объемного паросодержания в теплоносителе и устройство для его осуществления

Союз Советскки Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБР ТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ С ТИЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, сеид-ву -5)М. Кл.2 Заявлено 18.06.79 (2 т) 2780888/25-10 м 29 с присоединением заявки Мо: дрьковский политехнический институт ,:)им. А.А.Ждановаф фа ъпд,Заявите(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИ ПАРОСОДЕРЖАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕДНЕГО ОБЪЕМНОГОЕПЛОНОСИТЕЛЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к контрольноизмерительной аппаратуре для диагностики теплоносителя в ядерных энергетических установках и к аппаратуре для определения характеристик двухфазного теплоносителя.Известны способы измерения среднего объемного паросодержания, основанные на пропусканни через трубопровод с измеряемым потоком радиоизотопного излучения, например у-излучения. Определение паросодержания по этому способу осуществляется путем измерения степени поглощениями -излучения при прохождении его через трубопровод с потоком двухфазной среды. Так как поглощение у -лучей паром значительно меньше, чем жидкостью, то сравнивая поглощение -излучения при прохождении через трубопровод с двухфазной средой и трубопровод с однофазной средой, можно судить о паросодержании (1 .Использование известных способов стречает определеНные трудности. При просвечивании толстых стенок трубопроводов с контролируемым потоком необходимы источники радиоактивного излучения большой мощности, которые требуют специального обслуживания 3 2и дороги. Вторичная схема устройств для реализации известного способа включает в свой состав фотоэлектронные умножители, стабилизированные источники высокого напряжения, цифровые анализаторы импульсов и другое оборудование, требующее квалифицированного обслуживания и стоимость которого велика, Результаты измерений, полученные при помощи таких устройств нуждаются в дополнительной обработке, иногда с применением ЭВМ. Кроме того, известные способы невозможно применить в системах с радиоактивным теплоносителем, поскольку собственное излучение теплоносителя создает фон помех приемному устройству.Известны также способы измерения паросодержания, основанные на пропускании тока через теплоноситель. Устройства для реализации таких способов содержат два или более изолированных электрода, помещенных в поток. Измеряя сопротивление .алектрическому току такой системы, судят о паросодержании, При измерении водяного потока вследствие относительно высокой проводимости воды сопротивление указанной цепи невелико. Припопадании паровой фазы в зазор между электродами сопротивление повышается, что и фиксируется вторичной схемой 23.Однако указанные способы не получили распространения ввиду чрезвычайно низкой надежности узлов ввода электродов в высокотемпературную срйду. При высоких давлениях и температурах.в качестве изолятора возможно применение лишь керамических материалов, которые не выдерживают термических напряжений и тепловых качек и очень быстро разрушаются, вызывая короткое замыкание электродов через корпус устройства. Кроме того, показания вторичных приборов, описанных выше устройств, зависят от содержания примеси в теплоносителе, его солевого состава, который может меняться в значительных пределах.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный способ измерения среднего объема паросодержания, включающий посылку ультразвуковых импульсоэ в контролируемый теплоноситель и регистрацию прошедших через него импульсов.Устройство для осуществления способа содержит генератор импульсов, измерительный акустический канал, включающий закрепленные на торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель и приемник ультразвука, соединенный с усилителем, причем излучатель соединен с выходом генератора, а также регенератор затухания ультразвука, соединенный с усилителем Г 33.Недостатком известных способа и устройства является низкая точность измерений вследствие того; что затухание ультразвука при распространении через двухфазный поток сильно зависит от размера пузырьков, их формы и взаимного положения.Целью изобретения является повышение точности измерений паросодержания. Поставленная цель достигается эа счет, того, что в известном способе, включающем посылку ультразвуковых импульсов э контролируемый теплоноситель и регистрацию прошедших через него импульсов, посылки ультразвуковых импульсов осуществляют одновременно через несколько каналов, объемы теплоносителя в которых имеют величину меньше объема пузырьков газа, регистрируют среднюю частоту им пульсов, прошедших через контролируемые объемы и измеряют отношение этой частоты к,частоте следования посылаемых импульсов, по которому определяют среднее объемное паросодержание в теплоносителе.Устройство для осуществления предлагаемого способа, содержащее генера 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 тор импульсов и измерительный акустический канал,.включающий Закрепленные на торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель иприемник ультразвука, соединенный сусилителем, причем излучатель соединен с выходом генератора, снабженонесколькими идентичными измерительными акустическими каналами, излучающие преобразователи которых соединены с выходом генератора импульсов, соединенными последовательно свходами усилителей соответствующихизмерительных каналов, формирователями, схемами .антисовпадений, линиями задержки, схемой ИЛИ, счетчиком иизм рителем отношения частот, а также формирователем строб-импульса иэлементом задержки, через которые синхровыход генератора соединен со вторым входом измерителя отношения частот и со вторыми входами схем антисовпадений.На чертеже изОбражена функциональная схема устройства для реализациипредлагаемого способа измерения паросодержания.Устройство содержит трубопровод 1с измеряемым потоком 2, на которомустановлены волноводы 3 и 4 с закрепленными на их торцах акустическимипреобразователями 5 и б. Излучающиепреобразователи 5 подключены к выходу генератора импульсов 7, а приемныеб через усилители 8 - к формирователям импульсов 9. Выходы формирователей 9 подключены к первым входам схемантисовпадений 10, выходы которыхчерез линии задержки 11 соединены совходами схемы ИЛИ 12. Выход схемы ИЛИ12 через счетчик 13 соединен с однимиэ входов измерителя отношения частот 14. Синхровыход генератора импульсов 7 через элемент задержки 15 иформирователь строб-импульсов 16 соединен со вторыми входами схем антисовпадений 10 и измерителя отношениячастот 14,Измеритель паросодержания работает следующим образом,Вырабатываемые генератором 7 электрические импульсы преобразуются преобразователями 5 в ультразвуковые,которые по волноводам 3 подаются вконтролируемые объемы 17 потока теплоносителя 2, Вследствие малостиконтролируемых объемов 17 в них вкаждый зафиксированный момент времени находится либо пар, либо жидкость.Причем прохождение ультразвуковыхимпульсов с относительно малым затуханием к приемным волноводам 4 и преобразователям б происходит лишь э темоменты времени, когда в соответствующих контролируемых объемах 17 находится жидкость. Поэтому при паросодержании отличном от нуля, средняячастота следования импульсов на выходе преобразователей б меньше, чемчастота импульсов, вырабатываемых генератором 7.Акустические импульсы, преобраз- ванные преобразователями 6 в электрические, усиливаются усилителями 8 и подаются на формирователи 9, которые формируют из них импульсы стандартной прямоугольной формы. Прямоугольные импульсы поступают на первые входы схем антисовпадений 10, на вторые .входы которых подаются импульсы с синхровыхода генератора 7 с задержкой, равной времени распространения ультразвуковых сигналов от излучающих преобразователей 5 к приемным 6, формируемой элементом задержки 15. формирователь строб-импульсов 16 вырабатывает импульсы длительностью, равной ширине временного окна, в течение которого работают схемы анти- совпадений 10, т.е. осуществляется временное стробирование принимаемых Сигналов, что существенно увеличивает помехозащищенность приемной части устройства, Импульсы с выходов схем антисовпадений 10, вырабатываемые в момент времени, когда в соот ветствующих контролируемых объемах 17 находится пар, подаются на линии задержки 11, при помощи которых осуществляется временное разделение импульсов, пришедших Одновременно на их входы. Это достигается путем установки различного времени задержки на всех линиях задержки 11 (во всех каналах). Импульсы с выходов линий задержки 11 поочередно поступают на схему ИЛИ, имеющую число входов, рав- З 5 ное количеству каналов, и беспрепятственно проходят на ее выход, соединенный со счетчиком 13. Счетчик 13 осуществляет процедуру деления числа импульсов, поступающих на его вход, 40 на число, равное количеству каналов. Далее импульсы поступают на измеритель отношения частот 14, который подсчитывает число импульсов, пришедших на его вход в течение опреде ленного периода времени, задаваемого количеством импульсов, поступающих с выхода формирователя .строб импульсов 16.По определению объемное паросодержания= - тНиНгде Н - объем пара в измеряемомобъеме;Н - измеряемый объем. 55Выделяя элементарные струйки из- . меряемого потока теплоносителя, проходящие через контролируемые объемы 17 устройства, рассматривая среднее объемное паросодержание в них, можно 4 О записатьееа Е 1. Ч 8; а Е. где и - число каналов элементарных 5струек;с - время нахождения 1-го пу 14зырька в -ом измеряемомобъеме;Н - средняя скорость движениятеплоносителя в у-ом измеряемом объеме5 - сечение 3 -го элементарногообъема перпендикулярно осевой линии;Т - выбранный период измерения 5 т, - полное время нахождения4паровой фазы в-ом измеряемом объеме в теЧениепериода измерения;е - количество импульсов, не Ю прошедших к приемному преобразователю вследствиепоявления в-ом измеряемомобъеме пара в течение периода измерений5 Й - полное число импульсов,посланных каждым излучающим преобразователем в контролируемый объем в течениепериода измерений;- средняя частота импульсов,не прошедших к -му приемному преобразователю;Е - частота генератора импульсов- средняя частота импульсов,не прошедших к приемнымпреобразователям вследствиеналичия в контролируемыхобъемах пара, отнесенная кодному приемному преобразователю.Таким образом, измерением отношения средней частоты импульсов, непрошедших к приемному преобразователю, к частоте генератора импульсовопределяется среднее объемное паросодержание в потоке теплоносителя.Распределяя контролируемые объемы равномерно по измеряемому сечениюи выбирая их число, можно с любой указанной точностью определить паросодержание в ней.Предлагаемый способ определенияпаросодержания н устройство для егоосуществления отличается широким диапазоном измерений (от 0 до 100) ивысокой точностью измерений. Регистрация пузырьков йара и, следовательно, измерение паросодержания не зависят от среднего паросодержания,давления, температуры среды, скорости потока и т.п. Первичные датчики иузлы их крепления могут быть полностьюизготовлены иэ стали с применением сварки, что увеличивает их надежностьи технологичность. Вторичная схема может быть собрана из пр;боров, узлови деталей, серийно выпускаемых оте.чественной промышленностью, причем это приборы общего пользования, не требующие специального обслуживания и не являющиеся источниками повышенной опасности. Так в качестве измерителя отношения частот может быть применен частотомер Ч 3-34, а всю логическую часть устройства можно собрать на микросхемах, например, 155 серии. Данные измерений, полученные описанным устройством, не нуждаются в дополнительной обработке. Все это позволяет широкоприменять укаэанное устройство.Описанный способ и устройство может быть использовано для измерений 15 в ядерных энергетических установках, в агрессивных и взрывоопасных средах, в труднодоступных местах, в химическом и энергетическом оборудовании.Формула изобретения1, Способ измерения среднего объемного паросодержания в теплоносителе, включающий посылку. Ультразвуковых импульсов в контролируемый тепло- носитель и регистрацию прошедших через него импульсов, .о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, посылку ультразвуковых импульсов осуществляют одновременно через несколько каналов, объемы теплоносителя в которых имеют величину меньше объема пузырьков газа, регистрируют среднюю частоту . З 5 нмпульсоз, прошедших через все контро лируемые объемы, и измеряют отношение этой частоты к частоте следования посылаемых импульсов,.по которому определяют среднее объЕмное паросодержание в теплоносителе.2. Устройство для осуществленияспособа по п.1, содержащее генераторимпульсов и измерительный акустический канал, включащий закрепленныена торцах волноводов и установленные на одной оси излучатель и приемник ультразвука, соединенный с усилителем, причем излучатель соединенс выходом генератора, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабженонесколькими идентичными измерительными акустическими каналами, излучающие преобразователи которых соединены с выходом генератора импульсов, соединенными последовательно свыходами усилителей соответствующихизмерительных каналов формирователями, схемами антисовпадений, линиямизадержки, схемой ИЛИ, счетчиком, иизмерителем отношения частот, а также формирователем строб-импульса иэлементом задержки, через которыееинхровыход генератора импульсов соединен со вторым входом измерителяотношения частот и со вторыми входами схем антисовпадений.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Резников М.И. и др. Радиоизотопные методы исследования внутрнкотельных процессов. М., "Энергия",1964, с.38,2. Субботин В.И. и др. Резистивный и емкостный методы измерения паросодержания. -"Теплоэнергетикй",1974, 9 6, с.63.3. Патент франции У 2198640,одписн д.4/ иал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,каз 8427/16Тираж 9 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, 0го комитета Сй и открытийаушская наб.,