基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究

湖南大学硕士学位论文基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究姓名：李群林申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：刘波峰20070415基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究摘要目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、快堆和改进型气冷堆，压水反应堆应用昀广泛。压水堆核电站所使用的汽轮机属于饱和蒸汽型。在汽轮机中，随着过热蒸汽逐级膨胀做功，其压力不断降低，进入饱和区后产生自发凝结，部分蒸汽凝结成水，以十分细小水滴的形式悬浮，形成湿蒸汽。现有的测量方法主要有示踪剂法、光散射法、热力学法和图像测量法等。图像测量法利用高速摄像技术获取湿蒸汽图像，利用图像处理的方法取得水滴的直径、速度、分布等参数，是目前获得水滴尺寸图谱昀直接和昀可靠的技术。图像测量就是把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的测量方法。文章介绍了使用图像测量法测量蒸汽发生器出口和蒸汽轮机中蒸汽的水滴尺寸测量装置和方法。论文详细介绍了摄像系统和显微系统的光学原理，设计出显微成像光路，并利用物方远心光路提高图像测量的精度；研究并设计了采用直杆内窥镜和纤维内窥镜的测量探针装置；蒸汽中的水滴体积小且高速流动，选用Dicam-Pro型高速像增强摄像机，它具有极短的曝光时间，且集成了像增强器件，可测得绝大部分直径的水滴。论文设计了基于DM642的图像采集系统，通过数字视频接口来获取摄像机的图像数据，为了减少数据传输量和存储量，采用静止图像压缩标准JPEG的压缩方式对图像数据进行压缩，通过以太网将压缩后的图像传给远程服务器处理。上位机服务器对图像滤波、边缘提取和细化等预处理，再进行二值化、封闭区域填充、边界追踪、图形分割等处理后可将各个水滴图像从图像中分离出来；采用像素点间接测量方法对水滴直径进行测量，绘制出蒸汽中水滴尺寸分布直方图，昀后估计出蒸汽的湿度。论文设计了探针系统和图像采集系统，对水滴图像处理的方法进行了验证，给出了由蒸汽水滴尺寸分布推导出蒸气湿度的过程。关键词：核电站汽轮机；蒸汽湿度；显微成像；图像采集；图像测量-II-硕士毕业论文AbstractCurrentlytheworld'snuclearpowerplantsarecommonlyusedinthepressurizedwaterreactors（PWR）reactor,theboilingwaterreactor,aheavywaterreactor,thereactorcooledfastreactorandimproved.themostwidelyusedpressurizedwaterreactors.PWRtypeusedinthesteamturbineissaturated.Turbine,withthesuperheatedsteamgraduallyexpandingtheirhomework,lowerpressure,thesaturationregionresultingfromspontaneouscondensation.somesteamcondensesintowater,averysmalldropintheformofsuspension,formingwetsteam.Atpresent,themaintracermeasurement,lightscattering,thermodynamicsandimagemeasurementmethod.Imagemeasurementusinghigh-speedcameratechnologyacquisitionwetsteamimagesusingimageprocessingmethodofobtainingwaterdropletdiameter,speed,distributionparameters,whichisthewaterdropletsizemapisthemostdirectandreliabletechnology.Imagemeasurementistodetectandimageasavectortobeusedtotransmitinformation,orthemeansofmeasurement.ThearticleintroducesthemethodofmeasuringimagesteamgeneratorandsteamturbinesteamexportstothesideandwaterdropletsizemeasurementdeviceAct.Detailedaccountoftheprincipleoftheopticalmicroscopeandcamerasystemdesignedopticalmicroscopy.Andtheuseofobjectsawayfromthecenteropticalmethodintoimprovetheaccuracyofimages;Thesmallsizealsosteamtherapidflowofwaterdroplets.Dicam-Prousehigh-speedcameraimage,ithasaveryshortexposuretime.IntegratedDevicealsotheimagecanbemeasuredmostofthedropdiameter;Toobtainthesteamgeneratorandsteamturbineinternalimagesuseofastraightroddesignafiberopticendoscopyandendoscopicprobe.PapersimageacquisitionsystemdesignbasedontheDM642.Throughdigitalvideocameraimagestoobtainthedatainterface,inordertoreducethedatatransmissionandstorage.JPEGstillimagecompressionstandardusedforthecompressedimagedatacompressionmethod.PhotowillbeleftafterthepassthroughEthernetRemoteserver.PCserverforimageanalysisofthephotowentthroughfiltering,edgeextractionandrefiningprocess,suchaspretreatment,Binaryagain,closedtheregiontofilltheboundarytracing,imagesegmentation,everydropofwatercanbetreated,suchasseparationfromthephotos;Indirectmeasurementoftheuseofpixeldropdiametermeasurement,dropletsizedistributionhistogramtomapoutsteam.Thefinalestimateofsteamhumidityandotherparameters.-III-基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究Papersprobesystemandtheimageacquisitionsystemdesignedfortheimageprocessingmethodhasbeenvalidated,givenbythesteamoutofsteamandhumiditydropsizedistributionstartedintheprocess.KeyWords:NuclearpowerplantTurbine;Steamhumidity;Microsurgeryimaging;Imageacquisition;Imagemeasurement-IV-湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-I-硕士毕业论文第1章引言能源科学及环境科学是当今世界范围内普遍关注的科技问题。由于石油、天然气和煤的成本不断攀升，为了减少对传统能源石油、天然气的依赖，缓解能源紧张，世界各国都把眼光转向核电，使一度受到冷落的核能发电在国际能源机构中的地位重新引起人们的审视。根据国际原子能署的报告，到2004年底，全世界已有440座核电站投入运营，另外26座正在建造之中，还有100座正在设计之中。这400多座核电站正在给30多个国家和地区提供和火电价格不相上下的核电，总装机容量为3.7亿千瓦，年发电量占全世界总装机的17%，其中，法国的核电装机占总装机的78%，日本核电装机占总装机的36%，美国核电装机占总装机的20%，韩国核电装机占总装机的42%，中国的核电装机占总装机的1.6%。目前我国正在运行和在建的核电站装机容量共有870万千瓦。我国核电发展目标是：计划在今后15年里建设至少30座核电机组，到2020年，在运行核电装机容量4000万千瓦，在建核电装机容量1800万千瓦，使核电发电量占到总发电量的4%。中国核电发展起步于上世纪80年代中期，核电设计工作从上世纪70年代就开始。目前在建和运行的机组中，除了自主设计外，还分别采用了法国、加拿大、俄罗斯等国家的技术，这就是：(1)浙江省的秦山核电站，一期1台30万千瓦自主设计压水堆核电机组，二期2台65万千瓦自主设计压水堆核电机组，三期2台70万千瓦加拿大原子能公司重水堆核电机组；(2)广东省的大亚湾核电站，2台98.4万千瓦法国法玛通公司压水堆核电机组；(3)广东省的岭澳核电站，一期2台99万千瓦法国法玛通公司压水堆核电机组，二期2台百万自主设计压水堆核电机组；(4)江苏省的田湾核电站，4台106万千瓦俄罗斯AES-91型压水堆核电机组。(5)浙江省三门核电基地，6台百万千瓦西屋公司AP1000型第三代压水堆核电机组；(6)广东省阳江核电基地，6台百万千瓦或更大容量第三代核电机组。目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆、快堆和改进型气冷堆，但是应用昀广泛的是压水反应堆，它使用加压轻水作冷却剂和慢化剂，是公认技术昀成熟、运行安全、经济实用的堆型，其装机容量约占所有核电站各类反应堆总和的60%以上[1,2]。压水堆核电站所使用的汽轮机属于饱和蒸汽型，蒸汽中湿气含量的多少对汽-1-基于图像技术的核电站汽轮机蒸汽湿度测量方法的研究轮机特别是其末级叶片影响很大。蒸汽品质(即蒸汽湿度)主要取决于蒸汽发生器上部汽水分离器的分离效果。为考核蒸汽发生器的性能，为在今后运行过程中对汽轮机叶片冲刷及腐蚀情况有个正确的估计和评价，为能准确地计算出蒸汽发生器的热功率输出，有必要尽可能精确地测量湿蒸汽湿度。蒸汽发生器出口和蒸汽轮机中的湿蒸汽湿度和蒸汽中水滴粒径的测量是核电站和地热电站湿蒸汽质量检测及电站机组运行控制中重要课题。1.1压水堆核电站压水堆核电站主要由核反应堆、一回路系统、二回路系统及其他辅助系统和设备组成，通常又把压水堆核电厂分成核岛和常规岛两大部分。核岛是