后向散射法测量蒸汽参数的CCD相机接收角优化

黄竹青,唐振洲,黄章俊,周 凌,罗 赟

(1.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南 长沙 410114;2.湘潭大学,湖南 湘潭 411105)

1 引 言

常规电站中大型冷凝式蒸汽透平的末几级和核电站中透平的全部级都在湿蒸汽状态下工作。湿蒸汽的存在不仅降低了汽轮机的运行效率,而且湿蒸汽中的水滴会对高速运行的汽轮机动叶片造成撞击、冲蚀,给汽轮机的经济性和安全性造成极大的危害。测量蒸汽湿度及水滴颗粒粒径分布对于了解汽轮机末级的工作状态,为汽轮机安全经济地运行提供保障,具有很强的理论价值和现实意义[1]。

目前蒸汽湿度测量的方法很多,如热力学法、光学法、化学法等,但适用于汽轮机内流动湿蒸汽湿度的测量方法主要是热力学法和光学法[2-6]。现阶段光散射法依托其测量范围更广,精度更高,测量速度更快,与计算机相整合后更便于在线测量的优势,已经逐渐成为湿蒸汽参数测量的主要方法之一,具有实现实时监测湿蒸汽参数的前景[7]。

2 测量实验模型

后向散射法测量蒸汽湿度以Mie散射理论为基础,该理论阐述的是球形颗粒的散射特性,描述了散射光中包含水滴粒径、粒径分布、水滴浓度等信息。因此,通过激光器和CCD相机联合作用,接收水滴群在某个角度范围内的散射光信号,然后根据Mie散射理论对测量数据进行反演,即可求得湿蒸汽中水滴粒径、粒径分布和浓度等参数[8-9],根据这些参数,利用水蒸气湿度公式即可求得水蒸气湿度。……