微带缝隙电容谐振器测量汽轮机蒸汽湿度方法的研究

作     者：成雪松 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张淑娥

授予年度：2016年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：汽轮机 介电常数 等效电容 微带缝隙 湿度测量 谐振频率 

摘      要：汽轮机排汽湿度给机组的工作效率、安全性以及汽轮机低压级的研发和制造带来了难题。湿度测量技术的研究是进行湿蒸汽理论机理研究的基础,对汽轮机湿度的准确测量有助于了解汽轮机湿蒸汽区级的工作状态和运行效率,为汽轮机的优化设计、结构改进提供参考。因此,汽轮机蒸汽湿度的准确测量具有重要的理论意义和实用价值。目前,利用湿蒸汽不同的物理特性,已研究出多种不同的蒸汽湿度测量方法。微波谐振器微扰测量法是一种利用湿蒸汽介电特性,通过测量湿蒸汽对微波器件产生的频率影响,实现蒸汽湿度在线测量的方法。在微波测湿方法中微带谐振器相比于微波谐振腔在结构、体积、价格和制作工艺上具有很大优势,是一种值得研究的蒸汽湿度测量方法。本文对微带缝隙谐振器测量汽轮机蒸汽湿度方法进行了理论研究和模型仿真设计。提出了一种根据微波网络参量测量微带缝隙电容的新方法,并利用HFSS电磁仿真软件研究了空气介电常数对微带缝隙等效电容的影响,以此建立起蒸汽介电常数与谐振频率的关系,实现汽轮机蒸汽湿度的在线测量。模型设计中,由微波微扰测量法及微带线理论基础,首先设计仿真单微带缝隙谐振器湿度测量模型,验证了微带缝隙谐振器模型在测湿系统中的可行性。为优化测量结果,进一步设计加宽微带缝隙和加盖式微带缝隙模型,并设计仿真与其相对应的缝隙谐振器模型,仿真结果与单微带缝隙谐振器模型相比,加宽微带线和加盖式微带缝隙模型的设计都有效的增大了缝隙电容,并增加了空气介电常数对模型谐振频率偏移量的影响,改善了微带缝隙谐振器模型的湿度测量精度。最后,根据截止波导理论设计矩形孔屏蔽盒和圆孔屏蔽盒,在防止电辐射及外部干扰的同时,保证了微带缝隙谐振器模型中汽体与所测湿蒸汽具有良好的流通性,最终确定汽轮机蒸汽湿度测量的完整微带线模型,达到了准确实时在线测量汽轮机蒸汽湿度的功能,完成了微带缝隙谐振器测量汽轮机蒸汽湿度方法的设计研究。