在线测量透平油含水量实验台设计

　　1　引　　言

　　透平油含水量的准确测量对指导电厂汽轮机安全经济运行具有重要意义。目前,对汽轮机油含水量的检测方法有:蒸馏法、库仑法、气相色谱法、气体法、射频法、电容2谐振电路失谐法和电容式薄膜湿度传感器法[123],不适用于透平油微水含量的在线测量。采用微波谐振腔微扰来在线测量透平油微水含量的方法,可实现透平油微水含量在线测量,且具有较高的精度。因此,进行了谐振腔微扰法在线检测透平油含水量的实验研究,设计并制造了实验系统。本文将结合谐振腔微扰法测湿的基本原理和实验步骤,介绍实验台的设计与制造过程。

　　2　谐振腔微扰测量油中微水含量原理

　　微波谐振腔微扰法测量透平油中微水含量,是基于谐振腔的微扰,即谐振腔的谐振频率随腔内电介质的介电常数变化发生偏移这一原理。在相同温度、压力下,由于汽轮机油和水的介电常数不同,透平油中含量不同其混合溶液的介电常数也就不同,当含有水分的汽轮机油通过微波谐振腔时,其谐振频率将发生偏移,且偏移量随透平油中的含水率不同而不同,因此通过测量谐振腔谐振频率的偏移量可以确定汽轮机油中含水量的多少[1]。

　　谐振腔结构及其工作模式,对测量精度的影响很,为此设计了特殊形式的圆柱形谐振腔,谐振腔以TE011模方式工作,这种腔具有较高的腔品质因数,空载下可达20000以上,测量时透平油可以自由流过谐振腔。其简化模型如图1所示,l为谐振腔长度,a为谐振腔半径,εr为含水透平油的相对介电常数。利用谐振腔作为测量透平油含水率的传感器,由于在谐振腔的内表面上电场强度为零,这可以使沉积在传感器内表面的一些杂质不敏感,利于保持高的测量精度整理得到含水率与谐振器频偏的关系[4-5]:

　　3　汽轮机油含水率测量电路

　　图2所示为谐振腔微扰法测量透平油含水率的电路意图。系统工作时,谐振腔的谐振频率随流过腔体的透平油含水量不同而变化,其频偏用扫频方法自动检测,检测信号经直流前置放大器放大后,输入到信号处理与控制系统,利用稳频装置使压控振荡器的振荡频率紧随腔体的谐振频率而变化,此变化的振荡频率与本机振荡器产生的标准频率在谐波混频器内进行混　　频,频差信号与温度、压力传感器感受的油温、油压信号一起送到数据处理系统进行处理、转换,输出显示。测量装置的微波部分采用微带结构,其系统结构简单,易于制造,成本较低。可以实现透平油含水量的在线连续测量

　　4　汽轮机油含水率测量实验系统

　　实验系统可以产生均匀混合的含水透平油,控制透平油的含水量、温度、压力、流量等参数。在设计中采取了特殊结构减小温度变化对测试结果的影响,提高温度控制精度。图3为实验系统图。