核电站汽轮机入口蒸汽湿度在线测量系统设计

论文摘要

在核电站中,核电汽轮机的所有级都工作在湿蒸汽区,蒸汽湿度会引起叶片水蚀,叶片水蚀对汽轮机的安全运行构成了威胁,同时水蚀也增加了叶片通流部分的流动损失,导致汽轮机的效率降低,而湿度造成的湿汽损失也降低了汽轮机的效率,所以湿度对汽轮机运行的安全性和经济性有着重要影响。本文比较分析了各种蒸汽湿度测量方法,选取双区加热作为汽轮机进口湿度在线监测的方法,并设计基于双区加热法的在线监测湿度系统。双区加热法采用蒸发段和过热段两管对被测蒸汽进行管外加热,将被测蒸汽由饱和蒸汽加热到过热度较大的过热蒸汽,只需要测量蒸发段入口和过热段出口的蒸汽温度和压力,根据热力学原理和计算公式就即可求出被测蒸汽湿度。同时,利用过热段代替测量蒸汽流量装置,简化了测量系统。本系统以8051单片机为核心,通过扩展外部电路模块实现对采样蒸汽温度压力的测量,其中包括铂电阻温度传感器、压力变送器、AD转换和升压斩波电路等模块。本文还对系统误差进行了分析,如铂电阻的非线性和热量损失等因素引起的测量误差,并针对误差做了软件上的修正,一定程度上提高了测量精度。本系统的软件设计采用C51语言,以Keil为开发平台,设计并实现数据采集、数据存储、加热控制以及数据通信的功能。同时,本文采用了将基于模糊数学和统计理论的数据融合方法应用于双区加热探针的湿度测量中,并通过数据计算对该数据融合算法的正确性进行了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电站汽轮机湿度测量的研究现状
• 1.2 电站汽轮机蒸汽湿度在线测量方法比较
• 1.3 本文研究内容及章节安排
• 第2章 测量模型研究和探针设计
• 2.1 核电站汽轮机简介
• 2.2 核电站参数特点
• 2.3 定压加热法
• 2.4 定容加热法
• 2.5 双区加热法
• 2.6 湿度测量系统原理结构
• 2.7 加热段原理结构设计及测量过程
• 2.8 探针汽化长度计算
• 2.8.1 单相吸热法计算模型
• 2.8.2 计算结果分析
• 2.9 温度压力传感器布局
• 第3章 数据采集与控制系统硬件设计
• 3.1 基于单片机的数据采集装置设计
• 3.2 温度测量
• 3.2.1 铂电阻温度传感器
• 3.2.2 K-804B热电阻调理板
• 3.2.3 AD 转换
• 3.3 压力测量
• 3.4 加热控制
• 3.4.1 加热装置
• 3.4.2 PWM 信号的产生与控制
• 3.5 存储单元设计
• 3.6 通讯接口设计
• 3.7 硬件抗干扰
• 第4章 数据采集与控制系统软件设计
• 4.1 系统软件总体设计
• 4.2 数据采集软件设计
• 4.3 数据处理软件设计
• 4.3.1 压力数据软件设计
• 4.3.2 线性插值法及软件设计
• 4.4 PWM 控制程序设计
• 4.5 通讯程序设计
• 4.5.1 通讯协议设计
• 4.5.2 通讯子程序设计
• 4.6 软件抗干扰
• 第5章 测量误差分析和基于多传感器的数据融合
• 5.1 系统误差分析
• 5.1.1 热量损失分析
• 5.1.2 非动能取样误差
• 5.1.3 温度传感器误差分析
• 5.2 数据融合概述
• 5.2.1 基于模糊数学与统计理论的数据融合方法
• 5.2.2 疏失数据剔除方法
• 5.2.3 量测值与估计量的模糊化
• 5.2.4 模糊贴近度定义与计算
• 5.2.5 传感器权重与数据融合
• 5.3 湿蒸汽湿度监测系统的数据融合及验证
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢