用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，包括从前至后依此螺纹连接的汽流进入管、谐振腔管和频率调节管，汽流进入管、谐振腔管以及密封垫片之间设有环形的液滴聚集腔，谐振腔管上设有与液滴聚集腔连通的液滴抽出口，汽流进入管设有与液滴聚集腔连通的轴向孔，轴向孔通过汽流进入管上设置的径向孔与汽流进入管的管孔连通；汽流进入管的管孔内间隔设有前隔离管，频率调节管的管孔内间隔设有后隔离管，谐振腔管管孔中位于前隔离管与后隔离管之间的部分构成测量腔室，谐振腔管设有耦合件安装孔，耦合件安装孔端部与测量腔室连通；本实用新型是一种管境适应能力强、成本低廉的用于可自动去除腔体内壁上水膜沉积的微波谐振腔。
【专利说明】用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于对蒸汽湿度进行精确在线测量的可自动除去腔体内壁上水膜沉积的微波谐振腔，属于测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]湿蒸汽广泛存在于火电站凝汽式汽轮机低压缸的末几级和水冷堆核电汽轮机的全部级，湿蒸汽的存在主要给汽轮机的运行带来两方面的问题:一是由于蒸汽的非平衡流动带来的热力学损失、湿汽损失、水滴与主流的相对流动和水滴与叶片的撞击等会引起工作在湿蒸汽区的汽轮机级效率降低；二是湿蒸汽中的小水滴会侵蚀汽轮机的叶片，使叶片表面变得粗糙，出现凹坑，乃至断裂，严重影响汽轮机的安全运行。汽轮机排汽湿度的精准测定，有助于了解湿度的分布，确定叶片加强防护的方式和位置，确保机组的安全运行；帮助确定湿蒸汽区级效率乃至整个机组效率，优化机组的经济运行；同时为湿蒸汽区汽轮机级的优化设计提供指导，并给湿蒸汽的形成机理和方式的研究提供帮助。因此，汽轮机内蒸汽湿度的准确测量具有重要的理论意义和实用价值。
[0003]在一定压力(温度)下，湿蒸汽的湿度不同其介电常数也不同，而且两者一一对应，介电常数的变化会影响谐振腔的谐振频率，因此，可以通过测量谐振频率即可间接测量蒸汽湿度。谐振腔一般采用易于加工的圆柱形谐振腔，如果谐振腔的结构、尺寸一定，当湿蒸汽的压力(温度)已知时，湿蒸汽湿度不同，其介电特性不同，当湿蒸汽流过谐振腔，谐振腔的谐振频率会发生相应的变化，通过监测湿蒸汽的压力(温度)和谐振腔的谐振频率的变化，就可以间接得到湿蒸汽的湿度变化。在测量过程中，当湿蒸汽流过谐振腔时，由于液滴的沉积，在谐振腔内表面会形成一层水膜，腔内壁水膜对测量会产生两方面的不利影响:增加介质损耗，使谐振腔的品质因数下降，降低测量的精度；使测量腔室的谐振频率发生偏移，增大测量误差。因此，需要设计一种可自动去除腔体内壁上水膜沉积的微波谐振腔，以提高测量地精确性和准确性。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种结构简单、性能可靠、管境适应能力强、成本低廉的用于可自动去除腔体内壁上水膜沉积的微波谐振腔。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，包括从前至后依此螺纹连接的汽流进入管、谐振腔管和频率调节管，汽流进入管和频率调节管均设有用于连接谐振腔管的外螺纹，汽流进入管后端面与谐振腔管之间夹设有环形的径向的密封垫片，频率调节管前端面与谐振腔管之间夹设有环形的径向的后垫片，汽流进入管、谐振腔管以及密封垫片之间设有环形的液滴聚集腔，液滴聚集腔环绕在密封垫片的外圈，谐振腔管上设有与液滴聚集腔连通并可连接抽气管的液滴抽出口，汽流进入管设有与液滴聚集腔连通的轴向孔，轴向孔为盲孔，轴向孔通过汽流进入管上设置的径向孔与汽流进入管的管孔连通；汽流进入管的管孔内间隔设有前隔离管，频率调节管的管孔内间隔设有后隔离管，前隔离管后端以及后隔离管的前端均伸入谐振腔管的管孔内，谐振腔管管孔中位于前隔离管与后隔离管之间的部分构成测量腔室，谐振腔管设有耦合件安装孔，耦合件安装孔端部与测量腔室连通；所述汽流进入管的前部外圈壁面以及频率调节管后部外圈壁面均为锥形面。
[0006]汽流进入管的管孔中由外至内至少依次间隔套设两个前隔离管，相邻两前隔离管之间以及汽流进入管内圈表面与相邻前隔离管之间均分别通过径向的平板固定连接。
[0007]频率调节管的管孔中由外至内至少依次间隔套设两个后隔离管，相邻两后隔离管之间以及频率调节管内圈表面与相邻后隔离管之间均分别通过径向的平板固定连接。
[0008]所述液滴抽出口为环绕周圈均布间隔设置数个。
[0009]所述轴向孔为环绕周圈均布间隔设置数个。
[0010]本实用新型所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，主要解决了测量谐振频率精度受腔体内壁沉积水膜影响这一问题，是一种可自动去除水膜的微波谐振腔，该谐振腔的汽流进入管的前部外圈壁面以及频率调节管后部外圈壁面均为锥形面，减少了测量误差；在前端汽流入口的汽流进入管上加工有径向孔和轴向孔，并结合液滴聚集腔和液滴抽出口，形成抽取水膜的通道，将形成的水膜尽快抽走，不影响测量腔室的正常工作，从而使湿度测量不受沉积水膜的影响。本发明结构简单，加工方便，配合测量电路和抽气泵，可用于对流动湿蒸汽湿度进行高精度在线测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型的结构示意图；
[0012]图2是图1的左视图；
[0013]图3是谐振腔管的结构示意图；
[0014]图4是图3中的A-A视图。
【具体实施方式】
[0015]由图1-图4所示的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，包括从前至后依此螺纹连接的汽流进入管1、谐振腔管3和频率调节管5，汽流进入管1、谐振腔管3和频率调节管5均为前后通透的管体且三者管孔依次连通，汽流进入管1、谐振腔管3和频率调节管5为同轴设置。所述汽流进入管I的前部外圈壁面以及频率调节管5后部外圈壁面均为锥形面，并且汽流进入管I的前部外圈壁面为前端向内收缩的圆锥形面，频率调节管5后部外圈壁面为后端向内收缩的圆锥形面，汽流进入管I上的圆锥形面和频率调节管5上的圆锥形面的几何参数相同，这样可使进出谐振腔的湿蒸汽两相流参数与主流参数一致，最大限度地减少测量偏差。
[0016]汽流进入管I的后部和频率调节管5的前部均设有用于连接谐振腔管3的外螺纹，谐振腔管3的前端和后端均设有扩孔，每个扩孔上均设有内螺纹，汽流进入管I的后端外螺纹与谐振腔管3前端扩孔中内螺纹相配合，频率调节管5的前端外螺纹与谐振腔管3后端扩孔中内螺纹相配合。
[0017]汽流进入管I后端面与谐振腔管3之间夹设有圆环形的密封垫片2，密封垫片2径向设置，密封垫片2具体位于汽流进入管I的后端面与谐振腔管3前端扩孔的孔底面之间，汽流进入管1、谐振腔管3以及密封垫片2之间设有环形的液滴聚集腔6，即液滴聚集腔6由汽流进入管I后端部、谐振腔管3前端扩孔的扩孔侧面和扩孔底面以及密封垫片2外圈表面围设而成，液滴聚集腔6位于谐振腔管3前端的扩孔内，液滴聚集腔6环绕在密封垫片2的外圈。密封垫片2可防止湿蒸汽汽流通过汽流进入管I和谐振腔管3之间的缝隙进入液滴聚集腔6。谐振腔管3上设有与液滴聚集腔6连通并可连接抽气管的液滴抽出口 3-1，液滴抽出口 3-1为设置在谐振腔管3前端扩孔处的管壁上的径向孔，液滴抽出口 3-1里端与液滴聚集腔6连通、外端口位于谐振腔管3外圈壁面上。所述液滴抽出口 3-1环绕周圈均布间隔设置八个。八个液滴抽出口 3-1均可接到谐振腔管3外部单独设置的抽气泵或汽轮机中的抽空气管上。
[0018]汽流进入管I设有与液滴聚集腔6连通的轴向孔1-2，轴向孔1-2为轴向前后延伸，轴向孔1-2位于气流进入管管孔的径向一侧，轴向孔1-2为盲孔，轴向孔1-2前端位于汽流进入管I管体内、后端与液滴聚集腔6连通，所述轴向孔1-2环绕周圈均布间隔设置八个。轴向孔1-2通过汽流进入管I上设置的径向孔1-1与汽流进入管I的管孔连通，每个轴向孔1-2与汽流进入管I管孔之间均设有四个沿轴向依次间隔设置的径向孔1-1。
[0019]频率调节管5前端面与谐振腔管3之间夹设有圆环形的后垫片4，后垫片4径向设置，后垫片4具体位于频率调节管5的前端面与谐振腔管3后端扩孔的孔底面之间。密封垫片2和金属垫片均为金属垫片。
[0020]汽流进入管I的管孔内间隔设有轴向延伸的前隔离管1-3，并且汽流进入管I的管孔中共由外至内依次间隔同心套设两个前隔离管1-3，相邻两前隔离管1-3之间以及汽流进入管I内圈表面与相邻前隔离管1-3之间均分别通过径向的平板1-4固定连接，相邻两前隔离管1-3之间通过四个周圈均布间隔设置的所述平板1-4连接在一起，汽流进入管I内圈表面与相邻前隔离管1-3之间也通过四个周圈均布间隔设置的所述平板1-4连接在一起；频率调节管5的管孔内间隔设有轴向的后隔离管5-1，并且频率调节管5的管孔中由外至内依次间隔同心套设两个后隔离管5-1，相邻两后隔离管5-1之间以及频率调节管5内圈表面与相邻后隔离管5-1之间也均分别通过径向的平板1-4固定连接，相邻两后隔离管5-1之间通过四个周圈均布间隔设置的所述平板1-4连接在一起，频率调节管5内圈表面与相邻后隔离管5-1之间也通过四个周圈均布间隔设置的所述平板1-4连接在一起。前隔离管1-3和后隔离管5-1均为薄壁管，所述平板1-4为薄壁平板。
[0021]前隔离管1-3后端向后伸入谐振腔管3的管孔内，后隔离管5-1的前端向前伸入谐振腔管3的管孔内，前隔离管1-3与后隔离管5-1为间隔设置，前隔离管1-3后端与后隔离管5-1前端之间设有空隙，并且谐振腔管3管孔中位于前隔离管1-3与后隔离管5-1之间的部分构成测量腔室4-1，谐振腔管3设有径向的耦合件安装孔3-2，耦合件安装孔3-2的里端与测量腔室4-1连通，耦合件安装孔3-2的外端口位于谐振腔管3的外侧面，耦合件安装孔3-2用以安装耦合件，耦合方式可以是探针耦合、孔耦合或环耦合。湿蒸汽汽流在测量腔室4-1内通过耦合件进行湿度测量，前隔离管1-3和其上连接的平板1-4形成栅格，后隔离管5-1和其上连接的平板1-4也形成栅格，当栅格间隙尺寸小于谐振腔内微波波长时，可以实现对微波的隔离，保证谐振腔具有较高的品质因数。
[0022]通过更换不同厚度的后垫片4，调整频率调节管5中后隔离管5-1的后端旋进谐振腔管3管孔内的深度，从而调整谐振腔管3有效工作部分——测量腔室4-1的大小，来实现对谐振腔工作频率的调节。
[0023]所述汽流进入管1、密封垫片2、谐振腔管3、后垫片4和频率调节管5均由低膨胀系数的相同材料加工而成。本发明不拘泥于上述形式，所述液滴抽出口 3-1、轴向孔1-2、径向孔1-1、前隔离管1-3和后隔离管5-1均可根据需要设置数个。
[0024]本发明所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，当其安装在汽轮机末级排气通道并进行排汽湿度的测量时，湿蒸汽中的小水滴开始在汽流进入管I管内壁内开始沉积，并且沿着蒸汽的流动方向，使谐振腔管3管内壁沉积的水膜厚度也会逐渐增大，所以沉积在汽流进入管I的内壁面上的液膜如果不被去除，将会逐渐延伸到谐振腔管3的管内壁上，影响谐振腔的谐振频率，从而使湿度测量结果产生误差，而汽流进入管I上的径向孔1-1、汽流进入管I上的轴向孔1-2、液滴聚集腔6和液滴抽出口 3-1依次连通并共同形成了抽取液膜的通道，沉积在汽流进入管I内壁上的水膜通过该抽取液膜的通道在外置抽气泵或汽轮机中的抽空气管的作用下被抽走，从而起到自动去除水膜的作用。
[0025]此外，当湿蒸汽中的小水滴逐渐沉积在前隔离管1-3管壁上时，逐渐形成一个稳定的水膜，水膜从前隔离管1-3后部又被重新流到测量腔室4-1中，作为蒸汽湿度的一部分被测量，即当谐振腔稳定工作时，沉积在前隔离管1-3上多少水膜，就有多少水膜重新进入测量腔室4-1的内部，从而不会影响对蒸汽湿度的测量。基于以上的原因，本发明所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，主要通过去除汽流进入管I内壁面上的水膜，防止水膜向谐振腔管3管内壁面上积累，减少了谐振腔管3管内壁沉积水膜对测量腔室4-1谐振腔频率的影响，与微波信号处理电路配合，可以实现对流动湿蒸汽湿度的高精度在线测量。
【权利要求】
1.用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，其特征在于:包括从前至后依此螺纹连接的汽流进入管、谐振腔管和频率调节管，汽流进入管和频率调节管均设有用于连接谐振腔管的外螺纹，汽流进入管后端面与谐振腔管之间夹设有环形的径向的密封垫片，频率调节管前端面与谐振腔管之间夹设有环形的径向的后垫片，汽流进入管、谐振腔管以及密封垫片之间设有环形的液滴聚集腔，液滴聚集腔环绕在密封垫片的外圈，谐振腔管上设有与液滴聚集腔连通并可连接抽气管的液滴抽出口，汽流进入管设有与液滴聚集腔连通的轴向孔，轴向孔为盲孔，轴向孔通过汽流进入管上设置的径向孔与汽流进入管的管孔连通；汽流进入管的管孔内间隔设有前隔离管，频率调节管的管孔内间隔设有后隔离管，前隔离管后端以及后隔离管的前端均伸入谐振腔管的管孔内，谐振腔管管孔中位于前隔离管与后隔离管之间的部分构成测量腔室，谐振腔管设有耦合件安装孔，耦合件安装孔端部与测量腔室连通；所述汽流进入管的前部外圈壁面以及频率调节管后部外圈壁面均为锥形面。
2.如权利要求1所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，其特征在于:汽流进入管的管孔中由外至内至少依次间隔套设两个前隔离管，相邻两前隔离管之间以及汽流进入管内圈表面与相邻前隔离管之间均分别通过径向的平板固定连接。
3.如权利要求1所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，其特征在于:频率调节管的管孔中由外至内至少依次间隔套设两个后隔离管，相邻两后隔离管之间以及频率调节管内圈表面与相邻后隔离管之间均分别通过径向的平板固定连接。
4.如权利要求1所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，其特征在于:所述液滴抽出口为环绕周圈均布间隔设置数个。
5.如权利要求1所述的用于蒸汽湿度测量的可除水膜的微波谐振腔，其特征在于:所述轴向孔为环绕周圈均布间隔设置数个。
【文档编号】G01N22/04GK204101479SQ201420541341
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】葛挺, 刘静宇, 张军科, 韩中合, 钱江波 申请人:国家电网公司, 国网河南省电力公司电力科学研究院, 华北电力大学