汽轮机组微波谐振腔湿度测量方法实验研究

论文摘要

在大型火力发电厂中,汽轮机内蒸汽湿度、透平油中含水率和氢冷发电机中氢气湿度都直接影响着机组的安全经济运行。凝汽式汽轮机的末几级工作在湿蒸汽区。湿蒸汽会对汽轮机运行带来湿汽损失和叶片侵蚀两方面的问题。透平油含水率过高会使油的抗乳化度降低而失去润滑性能,不能在轴承内形成稳定的油膜,引起轴颈和轴承的非正常磨损、“烧瓦”、“抱瓦”等事故。氢冷发电机内氢气湿度增大,将导致发电机定子绝缘及金属结构件腐蚀,严重时造成接地或相间短路等重大事故。因此,蒸汽湿度、透平油中含水率和氢气湿度准确测量与确定是一个重要的研究方向,对机组的安全经济运行提供帮助与指导。本文以微波谐振腔微扰测湿技术应用研究为课题,主要在汽轮机排汽湿度、透平油含水率和发电机冷却氢气湿度检测技术和实验研究两个方面开展研究工作。分析了汽轮机排汽、透平油和湿氢气的介电特性,分别导出了含湿介质等效介电常数与介质湿度关系的表达式;提出了基于微波谐振腔微扰技术测量汽轮机透平油含水率的微波谐振腔微扰法,阐述了该测量方法的原理;确定了适用于测量介质湿度的谐振腔类型、谐振腔工作模式、导出了选定谐振腔类型和工作模式的谐振腔频偏与介质湿度的关系。研究了微波谐振腔微扰法测湿技术实现及测量装置研制中的一些关键问题。对微波谐振腔测湿装置进行了设计,根据微波频段不同波长与水的介电常数对应关系及工作波长对谐振腔尺寸的要求确定了工作频率;谐振腔作为测量装置的传感器,是测量装置的关键部件,其结构及电磁特性优劣对测量精度有很大影响,借助ANSOFT HFSS软件对谐振腔的结构进行了优化设计;对设计的谐振腔进行了高频电磁特性分析。设计了汽轮机排汽湿度在线测量系统并安装在保定热电厂200MW机组;对该系统采样装置进行了设计工况下的模拟计算,确定了采样位置与实验测量方法。设计、搭建透平油实验系统,为研究谐振腔温度与频偏的关系、透平油含水率与频偏的关系提供了实验平台。利用自建实验系统,实验得到了透平油测量谐振腔温度与频偏的关系曲线(谐振腔温度漂移补偿曲线)、拟合并得出了关联公式;进行了透平油含水率与谐振腔频偏关系实验,分析了影响测量的主要因素;并对含水透平油电学特性进行了实验与分析;进行了汽轮机排汽湿度在线测量工业试验,测量结果稳定,实验工况下,与现场真空状态相比,谐振腔频偏基本稳定在113KHz,实验表明,谐振腔测湿方法可行。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 汽轮机蒸汽湿度、透平油含水率和氢气湿度测量技术的研究进展
• 1.2.1 汽轮机排汽湿度测量
• 1.2.2 透平油含水率（湿度）测量
• 1.2.3 氢气湿度测量
• 1.2.4 论文研究背景
• 1.3 论文的研究内容和主要工作
• 第二章 微波谐振腔微扰测湿方法
• 2.1 前言
• 2.2 汽轮机排汽、含水透平油和湿氢气的介电特性
• 2.2.1 汽轮机排汽的介电特性
• 2.2.2 含水透平油的等效介电常数
• 2.2.3 湿氢气的等效介电常数
• 2.3 微波谐振腔微扰法测量湿度的原理
• 2.4 谐振腔工作模式的选取及蒸汽湿度与谐振频率关系
• 2.4.1 谐振腔类型及工作模式的选取
• 2.4.2 湿蒸汽、透平油和湿氢气的湿度与谐振腔频偏关系
• 2.4.2.1 蒸汽湿度与谐振腔频偏关系
• 2.4.2.2 透平油含水率与谐振腔频偏关系
• 2.5 本章小结
• 第三章 微波谐振腔微扰法测湿技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 湿度的微波谐振腔微扰法测量系统
• 3.2.1 双谐振腔测量系统
• 3.2.2 单谐振腔测量系统
• 3.3 工作频率的选择
• 3.4 谐振腔的结构设计及优化
• 3.4.1 谐振腔的基本结构
• 3.4.2 谐振腔与矩形波导间耦合结构的设计
• 3.4.3 谐振腔的端部（分隔器）结构
• 3.5 谐振腔的高频电磁特性分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 谐振腔湿度测量实验系统
• 4.1 引言
• 4.2 湿蒸汽实验系统
• 4.2.1 实验膨胀喷管
• 4.2.2 实验相关参数测量
• 4.2.2.1 压力温度测量
• 4.2.2.2 取样管内凝结水分的清除
• 4.3 汽轮机排汽湿度在线测量实验系统
• 4.3.1 汽轮机排汽湿度在线测量实验系统结构
• 4.3.2 不同取样位置取样管处的气动特性分析
• 4.3.2.1 取样过程的位流计算
• 4.3.2.2 取样的两相流模拟模型
• 4.3.2.3 取样管入口处流场数值分析
• 4.3.2.4 不同取样位置的数值模拟
• 4.3.2.5 不同取样位置的气动结果分析
• 4.3.2.6 汽流偏离取样头部进口轴线方向的取样分析
• 4.4 透平油实验系统研究
• 4.4.1 汽轮机组油系统含水量分析
• 4.4.2 透平油实验系统
• 4.4.2.1 油路控制系统
• 4.4.2.2 油泵与测量仪表的选型
• 4.4.2.3 温度控制系统
• 4.5 本章小结
• 第五章 湿度测量实验研究
• 5.1 前言
• 5.2 温控系统性能测试实验
• 5.2.1 实验参数的确定
• 5.2.2 实验结果
• 5.3 温度对透平油测量谐振腔频率影响关系的实验
• 5.3.1 实验参数的确定
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 影响谐振腔温度与频偏关系的因素与误差分析
• 5.4 透平油含水率与谐振腔频偏关系实验
• 5.4.1 实验参数的确定
• 5.4.2 测量结果与讨论
• 5.5 油-水两相系统（反乳浊液）电学特性分析、研究
• 5.5.1 絮状物因素排除分析
• 5.5.2 W/O 型乳浊液中水的介电常数与谐振腔工作频率关系分析
• 5.5.3 含水透平油含水率与电阻率测量与分析
• 5.5.3.1 透平油含水率测量
• 5.5.3.2 透平油电阻率测量
• 5.6 透平油测湿实验分析
• 5.7 汽轮机排汽湿度在线测量工业实验
• 5.7.1 汽轮机排汽湿度测量系统性能实验
• 5.7.2 汽轮机排汽湿度测量实验与分析讨论
• 5.7.2.1 汽轮机排汽真空状态实验测量
• 5.7.2.2 汽轮机排汽湿度实验测量
• 5.7.2.3 汽轮机排汽湿度实验讨论
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 后续研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间参加的科研工作及学术论文发表