JPH0263182B2 - - Google Patents
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- JPH0263182B2 JPH0263182B2 JP59257924A JP25792484A JPH0263182B2 JP H0263182 B2 JPH0263182 B2 JP H0263182B2 JP 59257924 A JP59257924 A JP 59257924A JP 25792484 A JP25792484 A JP 25792484A JP H0263182 B2 JPH0263182 B2 JP H0263182B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は、蒸気タービンの効率、動翼の浸蝕
状態を蒸気中の水滴の粒径分布および粒子密度か
ら把握して監視するようにした蒸気タービンの蒸
気監視装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
事業用火力タービン、原子力タービン、地熱タ
ービン等は蒸気中に水滴を含む、いわゆる湿り蒸
気によつて運転される。このような蒸気タービン
の効率を知るには、湿り蒸気の持つエネルギ、つ
まり蒸気の持つエネルギと水滴の持つエネルギと
の和を知る必要がある。水滴の持つエネルギは水
滴の量から導かれるものであるため、結局、水滴
の量を知らなければ蒸気タービンの正確な効率を
求めることはできない。
ところが、従来は、水滴の量を正確に判定し得
る手段が存在しなかつたため、蒸気タービンの効
率はプラントの電気出力やドレイン量等から推定
しなければならず、正確性に欠けるものであつ
た。
一方、この種の蒸気タービンでは蒸気に含まれ
る水滴が動翼の浸蝕をもたらすという問題があ
る。このような動翼の浸蝕を防止するには、動翼
の材質、蒸気タービンの構造面での改良のみなら
ず、タービンを適正な状態で運転することが必要
不可欠である。設計運転状態において動翼の浸蝕
を許容値以下に抑えておくことはもちろんである
が、部分負荷運転中や負荷変動中にタービン入口
蒸気状態と負荷とのマツチングが不十分であつた
り、蒸気状態が過渡的に変動したりすると、蒸気
湿り度が異常に増加するなどして動翼の過度の浸
蝕を招くおそれがある。
そこで、蒸気湿り度を常時定量的に監視し得る
装置が要請される。ところが、蒸気湿り度も、や
はり蒸気タービン中の水滴の量から把握されるも
のであるため、これを把握する手段が存在しない
以上、正確な動翼の浸蝕量を把握することも不可
能であつた。
〔発明の目的〕
本発明はこのような事実に基づきなされたもの
であり、その目的とするところは、蒸気タービン
の効率および動翼の浸蝕状況を蒸気中の水滴の粒
径分布および粒子密度から把握して監視し得る蒸
気タービンの蒸気監視装置を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
一般に、粒径Dの球状粒子にレーザ光等の平行
の単色光を照射した時、角度θ方向に生じる散乱
光強度I(D、θ)は、ミー(Mie)散乱理論に
よつて正確に計算することができる。これに基づ
き、本出願人は、被測定粒子群に照射したレーザ
光の散乱理論に基づいて求めた1粒子による散乱
光強度i(D、θ)と、粒径分布nr(D)との間に、
I(D)=∫i(D、θ)nr(D)dD …(1)
なる関係が成立することに基づいて、その粒径分
布nr(D)を求める粒径測定装置を提唱した。
本発明は、上記装置を蒸気タービンの分野に適
用すべくなされたものであり、次のように構成し
たことを特徴としている。すなわち、本発明は、
照射用光フアイバおよび複数の受光用光フアイバ
からなるケーブルの先端部に、蒸気タービンの内
部に挿入できるプローブを以下のように構成し、
このプローブに上記照射用光フアイバを介してレ
ーザ光を用いて被測定蒸気に照射し、この被測定
蒸気で散乱された散乱光の各散乱角毎の散乱光を
前記受光用光フアイバで蒸気タービンの外部に導
き、さらにこれを受光して散乱光強度分布信号を
得、この散乱光強度分布信号から粒径分布および
粒子密度を算出するようにしたものである。そし
て、前記プローブは、前記照射用光フアイバ内を
進行するレーザ光の進行の向きを180゜転回させる
如くU字状に屈曲された前記光照射用フアイバの
先端部と、この照射用光フアイバの先端部から出
射された光を整形し前記被測定蒸気に照射する光
学系と、この光学系と対向する前記受光用光フア
イバの先端部からなることを特徴としている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、蒸気タービン内の水滴の粒径
分布および粒子密度を正確に測定することができ
るので、タービン効率および動翼の浸蝕状況を、
常時定量的に監視することができる。
しかも、この発明によれば、高温・多湿の環境
下にある蒸気タービンの内部には、プローブのみ
を挿入すれば良く、他の機器は蒸気タービンの外
部に設置して両者を光フアイバで接続するように
しているので、信頼性の高い監視が行なえる。ま
た、このような構成であれば、蒸気タービンへの
着脱が極めて容易になるなどの効果も奏する。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照し、本発明の一実施例に係る
蒸気タービンの蒸気監視装置について説明する。
第1図において、1は湿り蒸気で運転される監
視対象となるべき蒸気タービンである。本実施例
に係る蒸気監視装置は、この蒸気タービン1内に
その先端部を挿入されたプローブ2と、装置本体
3と、これらプローブ2と装置本体3とを光学的
に連結する照射用光フアイバ4および複数の受光
用光フアイバ51,52,53,…,5nからなる
ケーブル6と、上記装置本体3から前記プローブ
2へエアーを送込むためのエアーパイプ7,8と
で構成されている。受光用光フアイバ51〜5n
は、例えば口径が100μm以上の大口径光フアイ
バであることが望ましい。
装置本体3は、照射用光フアイバ4を介してプ
ローブ2に単色のレーザ光を供給するレーザ光源
11と、このレーザ光源11からの光を照射用光
フアイバ4の入射端に集光するレンズ12と、受
光用光フアイバ51〜5nの入射端から出射され
る光のうち測定に供すべき特定の波長の光を透過
する干渉フイルタ131,132,133,…,1
3nと、これら干渉フイルタ131〜13nを透
過した光を受光して光電変換するフオトデイテク
タ141,142,143,…,14nと、これら
フオトデイテクタ141〜14nの出力を所定の
増幅率で増幅する増幅器151,152,153,
…,15nと、これら増幅器151〜15nから
の出力信号を入力して被測定蒸気の水滴の粒径分
布および粒子密度を算出する演算装置16と、前
記エアーパイプ7,8の一端部に接続されたコン
プレツサ17とで構成されている。
また、プローブ2は、具体的には第2図に示す
ように構成されている。すなわち、図中21は、
照射用光フアイバ4および受光用光フアイバ51
〜5nの先端部を纏めて収容するフアイバ収容管
である。このフアイバ収容管21は、その先端部
に照射用光フアイバ4の先端部が貫通し得る孔2
2と後述するところの開口部23とを有するとと
もに先端部側に延びる支持腕24を突設したもの
となつている。前記照射用光フアイバ4の先端部
は、前記孔22を貫通して光フアイバ収容管21
の先端部から延出され、可撓性の遮光管25に被
覆されてその先端部を180゜転回させ、レーザ光を
前記光フアイバ収容管21の開口部23に向けて
出射する如く取付け板26を介して前記支持腕2
4に固定されている。照射用光フアイバ4の先端
部には、ここから出射されたレーザ光を平行ビー
ムに整形するためのコリメータレンズ27が設け
られている。
このコリメータレンズ27と照射用光フアイバ
4の先端部は筒体28の内部に収容されている。
この筒体28の出射端には環状部材29が取付け
られている。この環状部材29は、第3図にその
詳細を示す如く、半径方向の一方を圧肉に、また
他方を薄肉に形成した中空環状体31の孔32の
内面でかつ圧肉部に位置する部分に周方向に延び
るエアー噴出し口33を形成したものとなつてい
る。そして、中空環状体31の外周面でかつ薄肉
部に位置する部分に接続されたエアーパイプ7を
介して前記コンプレツサ17からエアーAを導入
し、前記エアー噴出し口33からエアーAを噴出
すことによつて前記孔32にエアーカーテンを形
成し得るものとなつている。この環状部材29の
出射端に対向する位置には、筒状の光学的遮蔽体
34が設けられている。この光学的遮蔽体34
は、支持板35を介して前記支持腕24に固定さ
れている。この光学的遮蔽体34と前記コリメー
タレンズ27との間の相対位置は支持板26,3
5を支持腕24に固定するねじ36,37によつ
て調整可能となつている。光学的遮蔽体34は、
基端側の開口部38から光を内部に導入し、先端
側の開口部39から光を出射するものとなつてい
る。上記開口部39の直径は、コリメータレンズ
27から出射されるレーザビームの径よりも僅か
大きく設定されている。光学的遮蔽体34の側面
には、エアーを導入する導入孔40が設けられて
おり、この導入孔40には前記エアーパイプ8の
一端部が接続されている。
光フアイバ収容管21の開口部23は、測定領
域Pを介して光学的遮蔽体34の出射端部と対向
している。この開口部23は、奥に行く程その幅
が広がる如く形成されており、内部に受光用光フ
アイバ51〜5nの受光部端を前記測定領域Pか
ら等距離で、かつ散乱角0゜、θ1、θ2、…、θn−1
の位置に配置するようにしたものである。これら
の相対位置は支持部材41によつて決定される。
なお、光フアイバ収容管21の開口部23(第2
図中一点鎖線で囲まれた部分Q)の内面には、迷
光防止用の黒の艶消し塗装が施されている。
次にこのように構成された本実施例に係る蒸気
監視装置の作用について説明する。
レーザ光源11の発振によつて生じた単色のレ
ーザ光は、レンズ12を介して照射用光フアイバ
4内に導かれ、コリメータレンズ27で所定断面
積の平行レーザビームに形成される。この時、コ
リメータレンズ27の内部気泡等によつて散乱光
を生ずることがあるが、この散乱光の大部分は光
学的遮蔽体34で遮蔽される。したがつて、光学
的遮蔽体34の開口部39を通過して測定領域P
に照射されるのは、平行ビーム成分が殆どであ
る。
ところで、コリメータレンズ27の収容された
筒体28の光出射端、光学的遮蔽体34の開口部
38,39は蒸気と接している。したがつて、こ
れらの部分に蒸気中の水滴が付着してレーザ光の
進行を妨げるおそれがある。しかし、本実施例装
置では、環状部材29および光学的遮蔽体34の
内部にコンプレツサ17からエアーAを送り込
み、環状部材29にあつてはエアーカーテンを形
成することによつて、また光学的遮蔽体34にあ
つては内部からのエアーの噴出しによつて、孔3
2や開口部38,39に付着する水滴を除去する
ことができる。
このようなエアーパージのされた光学系を通過
して測定領域Pにレーザ光Cが照射されると、レ
ーザ光Cは被測定蒸気Rによつて散乱され、測定
情報を担つた散乱光C′として各受光用光フアイバ
51〜5nに入射される。各受光用光フアイバ51
〜5nによつて蒸気タービン1の外部に導かれた
各散乱角における散乱光C′は、干渉フイルタ13
1〜13nを透過してデイテクタ141〜14nで
光電変換され、さらに増幅器151〜15nで増
幅されて散乱光強度分布信号Ir(θ)として演算
装置16に入力される。演算装置16は、入力さ
れた信号Ir(θ)から前述した(1)に基づいて、例
えば対数束縛積分方程式法又は対数分布関数近似
法によつて粒径分布nr(D)を算出する。
ところで、上記散乱光強度分布信号Ir(θ)は
相対値であるため、上記粒径分布nr(D)も相対値で
ある。ここでは粒径分布nr(D)を、
∫nr(D)dD=1 …(2)
となるように規格化している。絶対的な粒径分布
n(D)と粒子密度N0とは次のような方法によつて
算出することができる。
一つの方法は、測定した相対的な散乱光強度分
布Ir(D)を絶対強度(光のエネルギ密度W/m2)で
表示した散乱光強度分布I(θ)に変換する方法
である。すなわち、まず、被測定蒸気の測定に先
立つて、粒径分布と粒子密度とが既知である粒子
群にレーザ光を照射して散乱光強度分布Im(θ)
を測定する。一方、この粒子群による理論散乱光
強度分布Ip(θ)を散乱理論に基づいて計算して
おき、
K(θ)=Ip(θ)/Im(θ) …(3)
なる較正係数K(θ)を求めておけば、実際の測
定値Ir(θ)から、
I(θ)=K(θ)・Ir(θ) …(4)
なる式で絶対的な散乱光強度分布I(θ)を求め
ることができる。ここで、測定領域Pに入射され
た入射光の減衰を考慮すると、I(θ)は、
I(θ)=∫L 0{Iin exp〔−xN0∫c(D)nr(D)dD〕・∫i
(D、θ)・πB2N0nr(D)dD}dx…(5)
と表わすことができる。但し、
L;散乱光路長
Iin;入射光強度
C(D);散乱断面積
B;照射ビームの半径
である。したがつて、前記(4)式を用いて変換した
値I(θ)を(5)式の右辺に代入し、(5)式をN0につ
いて解けば、粒子密度N0が求まる。したがつて、
n(D)=N0・nr(D) …(6)
なる式によつて、絶対的な粒径分布n(D)も算出さ
れる。
また、もう一つの方法は、透過率を測定する方
法である。すなわち、測定した透過率
E=Iout(θ)/Iin(θ)
は、
E=exp{−L∫c(D)N0nr(D)dD} …(7)
で表わすことができる。(7)式をN0について解け
ば、粒子密度が求まる。以下は同様である。
以上の演算によつて演算装置16は、粒径分布
n(D)および粒子密度N0を算出し、たとえば図示
しないデイスプレイ装置または制御装置にその結
果を送出する。
なお、蒸気タービンの蒸気湿り度Hは、
H=Wl/Wb …(8)
で示される。ここに、
Wl;蒸気中の液体の重さ
Wb;全蒸気の重さ
である。タービン内の圧力は容易に測定すること
ができ、圧力が求まれば飽和蒸気曲線から気体の
密度および液体の密度が求まり、全蒸気の重さ
Wbが求まる。そして、本実施例装置によつて粒
径分布n(D)が求まるので、各粒径の粒子個数が分
り、結局、蒸気中の気体の重さWlが求まる。
このように、本実施例によれば、蒸気タービン
1内の水滴の粒径分布および粒子密度を正確に測
定することができるので、タービン効率および動
翼の浸蝕状況を、常時定量的に監視することがで
きる。しかも、この場合、プローブ2のみを一つ
の挿入口から蒸気タービン1内に僅か挿入させる
だけで良く、その他の機器は蒸気タービン1の外
部に設置可能であるため、タービン内部の如く高
温多湿の環境下における測定が可能になる。ま
た、受光用光フアイバ51〜5nとして、大口径
フアイバを用いるようにしているので、集光用の
レンズなどが必要なく、プローブ2の小形化に寄
与することができる。
また、本実施例では、光フアイバ収容管21の
開口部23に施された艶消し塗装や光学的遮蔽体
34等によつて、測定のノイズ成分となる散乱光
の発生、影響を有効に防止することができ、信頼
性の高い監視を行なうことができる。また、コリ
メータレンズ27の出射口や光学的遮蔽体34の
入射および出射口にエアーパージを施しているの
で、微小径の開口部等が蒸気中の水滴によつて閉
塞され、光の進行が撹乱されるのを防止すること
ができる。
このように、本実施例によれば、極めて多大な
効果を得ることができる。 Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention provides a steam turbine in which the efficiency of the steam turbine and the corrosion state of the rotor blades are monitored by understanding the particle size distribution and particle density of water droplets in the steam. relating to a steam monitoring device. [Technical background of the invention and its problems] Commercial thermal power turbines, nuclear power turbines, geothermal turbines, etc. are operated using so-called wet steam containing water droplets in the steam. To know the efficiency of such a steam turbine, it is necessary to know the energy of wet steam, that is, the sum of the energy of steam and the energy of water droplets. Since the energy possessed by water droplets is derived from the amount of water droplets, it is impossible to determine the accurate efficiency of a steam turbine unless the amount of water droplets is known. However, in the past, there was no way to accurately determine the amount of water droplets, so the efficiency of a steam turbine had to be estimated from the plant's electrical output, drain amount, etc., which lacked accuracy. . On the other hand, this type of steam turbine has a problem in that water droplets contained in the steam cause erosion of the rotor blades. In order to prevent such erosion of the rotor blades, it is essential not only to improve the material of the rotor blades and the structure of the steam turbine, but also to operate the turbine in proper conditions. It goes without saying that corrosion of rotor blades should be kept below the allowable value under design operating conditions, but during partial load operation or load fluctuations, there may be cases where the steam condition at the turbine inlet and the load are insufficiently matched, or if the steam condition If the temperature fluctuates transiently, the steam humidity may increase abnormally, leading to excessive erosion of the rotor blades. Therefore, there is a need for a device that can quantitatively monitor steam humidity at all times. However, steam wetness is also determined from the amount of water droplets in the steam turbine, and as there is no way to determine this, it is also impossible to accurately determine the amount of erosion on the rotor blades. Ta. [Object of the Invention] The present invention was made based on the above facts, and its purpose is to determine the efficiency of a steam turbine and the corrosion status of rotor blades from the particle size distribution and particle density of water droplets in the steam. An object of the present invention is to provide a steam monitoring device for a steam turbine that can be grasped and monitored. [Summary of the Invention] Generally, when a spherical particle with a particle size D is irradiated with parallel monochromatic light such as a laser beam, the scattered light intensity I (D, θ) generated in the direction of angle θ is calculated according to the Mie scattering theory. Therefore, it can be calculated accurately. Based on this, the applicant has determined the difference between the scattered light intensity i (D, θ) by one particle and the particle size distribution nr (D), which was determined based on the scattering theory of the laser light irradiated onto the particle group to be measured. Based on the following relationship, I(D)=∫i(D, θ)nr(D)dD...(1), we proposed a particle size measuring device that calculates the particle size distribution nr(D). . The present invention has been made to apply the above device to the field of steam turbines, and is characterized by the following configuration. That is, the present invention
A probe that can be inserted into the inside of a steam turbine is configured as follows at the tip of a cable consisting of an irradiation optical fiber and a plurality of light receiving optical fibers,
The steam to be measured is irradiated with a laser beam through the above-mentioned optical fiber for irradiation, and the scattered light for each scattering angle of the scattered light scattered by the steam to be measured is transmitted to the steam turbine using the optical fiber for reception. The light is then received to obtain a scattered light intensity distribution signal, and the particle size distribution and particle density are calculated from this scattered light intensity distribution signal. The probe includes a tip portion of the light irradiation fiber that is bent in a U-shape so as to rotate the traveling direction of the laser light traveling through the irradiation optical fiber by 180 degrees, and a It is characterized by comprising an optical system that shapes the light emitted from the tip and irradiates the vapor to be measured, and a tip of the light-receiving optical fiber that faces this optical system. [Effects of the Invention] According to the present invention, it is possible to accurately measure the particle size distribution and particle density of water droplets in a steam turbine.
It can be constantly and quantitatively monitored. Moreover, according to this invention, only the probe needs to be inserted inside the steam turbine, which is in a high temperature and humid environment, and other equipment is installed outside the steam turbine and the two are connected using optical fiber. This allows for highly reliable monitoring. Moreover, with such a configuration, there are also effects such as extremely easy attachment and detachment to the steam turbine. [Embodiments of the Invention] Hereinafter, a steam turbine steam monitoring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a steam turbine to be monitored that is operated with wet steam. The steam monitoring device according to this embodiment includes a probe 2 whose tip end is inserted into the steam turbine 1, a device main body 3, and an irradiation optical fiber that optically connects these probes 2 and the device main body 3 . 4 and a plurality of light-receiving optical fibers 5 1 , 5 2 , 5 3 , ..., 5n, and air pipes 7 and 8 for sending air from the device main body 3 to the probe 2. ing. Light-receiving optical fiber 5 1 to 5n
It is desirable that the optical fiber be a large-diameter optical fiber with a diameter of 100 μm or more, for example. The apparatus main body 3 includes a laser light source 11 that supplies monochromatic laser light to the probe 2 via an irradiation optical fiber 4, and a lens 12 that focuses the light from the laser light source 11 onto the input end of the irradiation optical fiber 4. and interference filters 13 1 , 13 2 , 13 3 , . . . , 1 that transmit light of a specific wavelength to be subjected to measurement among the light emitted from the input ends of the light receiving optical fibers 5 1 to 5n.
3n, photodetectors 14 1 , 14 2 , 14 3 , ..., 14n that receive and photoelectrically convert the light transmitted through these interference filters 13 1 - 13n, and the outputs of these photodetectors 14 1 - 14n at a predetermined amplification factor. Amplifiers 15 1 , 15 2 , 15 3 ,
..., 15n, and an arithmetic unit 16 that inputs the output signals from these amplifiers 15 1 to 15n to calculate the particle size distribution and particle density of water droplets of the steam to be measured, and is connected to one end of the air pipes 7 and 8. It consists of a compressor 17. Further, the probe 2 is specifically constructed as shown in FIG. In other words, 21 in the figure is
Irradiation optical fiber 4 and light reception optical fiber 5 1
This is a fiber accommodation tube that collectively accommodates the tips of ~5n. The fiber housing tube 21 has a hole 2 at its tip through which the tip of the irradiation optical fiber 4 can pass.
2 and an opening 23 to be described later, and a support arm 24 extending toward the distal end side is provided protrudingly. The tip of the irradiation optical fiber 4 passes through the hole 22 and enters the optical fiber housing tube 21.
The mounting plate 26 extends from the tip of the optical fiber receiving tube 21, is covered with a flexible light-shielding tube 25, rotates the tip by 180 degrees, and emits the laser beam toward the opening 23 of the optical fiber housing tube 21. via the support arm 2
It is fixed at 4. A collimator lens 27 is provided at the tip of the irradiation optical fiber 4 for shaping the laser beam emitted therefrom into a parallel beam. The collimator lens 27 and the tip of the irradiation optical fiber 4 are housed inside a cylindrical body 28.
An annular member 29 is attached to the output end of the cylinder 28 . As shown in detail in FIG. 3, this annular member 29 is a portion located on the inner surface of a hole 32 of a hollow annular body 31 formed with a thick wall on one side in the radial direction and a thin wall on the other side. An air outlet 33 extending in the circumferential direction is formed in the circumferential direction. Then, air A is introduced from the compressor 17 through an air pipe 7 connected to a thin walled portion of the outer peripheral surface of the hollow annular body 31, and the air A is jetted from the air jet port 33. This makes it possible to form an air curtain in the hole 32. A cylindrical optical shield 34 is provided at a position facing the output end of the annular member 29 . This optical shield 34
is fixed to the support arm 24 via a support plate 35. The relative position between this optical shield 34 and the collimator lens 27 is determined by the support plates 26, 3.
The screws 36, 37 fixing the support arm 5 to the support arm 24 allow for adjustment. The optical shield 34 is
Light is introduced into the interior through an opening 38 on the proximal end, and is emitted from an opening 39 on the distal end. The diameter of the opening 39 is set to be slightly larger than the diameter of the laser beam emitted from the collimator lens 27. An introduction hole 40 for introducing air is provided on the side surface of the optical shield 34, and one end of the air pipe 8 is connected to this introduction hole 40. The opening 23 of the optical fiber housing tube 21 faces the output end of the optical shield 34 via the measurement region P. This opening 23 is formed so that its width increases as it goes deeper, and the light receiving ends of the light receiving optical fibers 5 1 to 5n are placed inside the opening 23 at an equal distance from the measurement area P and at a scattering angle of 0°. θ 1 , θ 2 , ..., θn−1
It is designed to be placed at the position of . Their relative positions are determined by the support member 41.
Note that the opening 23 (second
The inner surface of the portion Q) surrounded by the dashed line in the figure is coated with black matte coating to prevent stray light. Next, the operation of the steam monitoring device according to this embodiment configured as described above will be explained. Monochromatic laser light generated by oscillation of the laser light source 11 is guided into the irradiation optical fiber 4 through the lens 12 and formed into a parallel laser beam with a predetermined cross-sectional area by the collimator lens 27. At this time, scattered light may be generated by bubbles inside the collimator lens 27, but most of this scattered light is blocked by the optical shield 34. Therefore, the measurement area P passes through the opening 39 of the optical shield 34.
Most of what is irradiated is the parallel beam component. Incidentally, the light emitting end of the cylindrical body 28 in which the collimator lens 27 is housed and the openings 38 and 39 of the optical shield 34 are in contact with the steam. Therefore, there is a possibility that water droplets in the steam may adhere to these parts and hinder the progress of the laser beam. However, in the present embodiment, air A is sent from the compressor 17 into the annular member 29 and the optical shield 34, and an air curtain is formed in the annular member 29, and the optical shield 34, the hole 3 is opened by blowing air from inside.
2 and the openings 38 and 39 can be removed. When the laser beam C passes through such an air-purged optical system and irradiates the measurement area P, the laser beam C is scattered by the vapor R to be measured, and the scattered light C' carrying the measurement information is scattered. The light is input to each of the light receiving optical fibers 5 1 to 5n. Each light receiving optical fiber 5 1
Scattered light C′ at each scattering angle guided to the outside of the steam turbine 1 by the interference filter 13
1 to 13n, photoelectrically converted by detectors 14 1 to 14n, further amplified by amplifiers 15 1 to 15n, and inputted to arithmetic unit 16 as a scattered light intensity distribution signal Ir(θ). The calculation device 16 calculates the particle size distribution nr(D) from the input signal Ir(θ) by, for example, the logarithmic bound integral equation method or the logarithmic distribution function approximation method based on the above-mentioned (1). By the way, since the scattered light intensity distribution signal Ir(θ) is a relative value, the particle size distribution nr(D) is also a relative value. Here, the particle size distribution nr(D) is normalized to be ∫nr(D)dD=1 (2). The absolute particle size distribution n(D) and particle density N 0 can be calculated by the following method. One method is to convert the measured relative scattered light intensity distribution Ir(D) into a scattered light intensity distribution I(θ) expressed in absolute intensity (light energy density W/m 2 ). That is, first, prior to measuring the vapor to be measured, a group of particles whose particle size distribution and particle density are known is irradiated with laser light to obtain the scattered light intensity distribution Im(θ).
Measure. On the other hand, the theoretical scattered light intensity distribution Ip (θ) by this particle group is calculated based on scattering theory, and the calibration coefficient K (θ) is calculated as follows: K (θ) = Ip (θ) / Im (θ) ...(3) ), then from the actual measured value Ir(θ), the absolute scattered light intensity distribution I(θ) can be calculated using the formula I(θ) = K(θ)・Ir(θ) (4) You can ask for it. Here, considering the attenuation of the incident light incident on the measurement area P, I(θ) is: I(θ)=∫ L 0 {Iin exp[−xN 0 ∫c(D)n r (D)dD 〕・∫i
It can be expressed as (D, θ)·πB 2 N 0 n r (D)dD}dx (5). However, L: scattering optical path length Iin; incident light intensity C(D); scattering cross section B: radius of the irradiation beam. Therefore, by substituting the value I(θ) converted using the above equation (4) into the right side of equation (5) and solving equation (5) for N 0 , the particle density N 0 can be found. Therefore, the absolute particle size distribution n(D) is also calculated by the formula n(D)=N 0 ·nr(D) (6). Another method is to measure transmittance. That is, the measured transmittance E=Iout(θ)/Iin(θ) can be expressed as E=exp{−L∫c(D)N 0 n r (D)dD} (7). By solving equation (7) for N 0 , the particle density can be found. The same applies below. Through the above calculations, the calculation device 16 calculates the particle size distribution n(D) and the particle density N 0 and sends the results to, for example, a display device or a control device (not shown). Note that the steam humidity H of the steam turbine is expressed as H=Wl/Wb (8). Here, Wl: Weight of liquid in vapor Wb: Weight of total vapor. The pressure inside the turbine can be easily measured, and once the pressure is determined, the density of the gas and the density of the liquid can be determined from the saturated steam curve, and the weight of the total steam can be determined.
Find Wb. Since the particle size distribution n(D) is determined by the apparatus of this embodiment, the number of particles of each particle size is known, and eventually the weight Wl of the gas in the steam is determined. As described above, according to this embodiment, the particle size distribution and particle density of water droplets in the steam turbine 1 can be accurately measured, so that the turbine efficiency and the erosion state of the rotor blades can be constantly and quantitatively monitored. be able to. Moreover, in this case, only the probe 2 needs to be slightly inserted into the steam turbine 1 through one insertion port, and other equipment can be installed outside the steam turbine 1, so it is possible to install the probe 2 in a hot and humid environment such as inside the turbine. Measurement at the bottom becomes possible. Further, since large diameter fibers are used as the light receiving optical fibers 5 1 to 5n, there is no need for a condensing lens or the like, which contributes to miniaturization of the probe 2 . In addition, in this embodiment, the occurrence and influence of scattered light, which becomes a noise component in measurement, is effectively prevented by the matte coating applied to the opening 23 of the optical fiber housing tube 21, the optical shield 34, etc. This allows for highly reliable monitoring. In addition, since air purge is applied to the exit port of the collimator lens 27 and the entrance and exit ports of the optical shield 34, the micro-diameter openings, etc. are blocked by water droplets in the steam, disturbing the progress of the light. It is possible to prevent this from happening. In this way, according to this embodiment, extremely great effects can be obtained.
第1図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン
の蒸気測定装置の概略構成を示す図、第2図は同
装置におけるプローブの詳細を示す断面図、第3
図は第2図における環状部材を更に詳細に示す図
であり、同図aは斜視図、同図bは断面図、同図
cは正面図である。
1……蒸気タービン、2……プローブ、3……
装置本体、4……照射用光フアイバ、51〜5n
……受光用光フアイバ、6……ケーブル、7,8
……エアーパイプ、131〜13n……干渉フイ
ルタ、141〜13n……デイテクタ、21……
光フアイバ収容管、23……開口部、24……支
持腕、25……遮光パイプ、26,35……支持
板、27……コリメータレンズ、29……環状部
材、33……エアー噴出し口、34……光学的遮
蔽体、P……測定領域。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a steam measuring device for a steam turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing details of a probe in the device, and FIG.
The figures are views showing the annular member in FIG. 2 in more detail, in which figure a is a perspective view, figure b is a sectional view, and figure c is a front view. 1...Steam turbine, 2 ...Probe, 3 ...
Device main body, 4... Optical fiber for irradiation, 5 1 to 5n
...Optical fiber for light reception, 6 ...Cable, 7, 8
...Air pipe, 13 1 to 13n... Interference filter, 14 1 to 13n... Detector, 21...
Optical fiber housing tube, 23... opening, 24... support arm, 25... light shielding pipe, 26, 35... support plate, 27... collimator lens, 29... annular member, 33... air outlet , 34... optical shield, P... measurement area.
Claims (1)
と、先端部に前記蒸気タービンの内部に挿入され
るプローブを形成するとともに、前記レーザ光源
からのレーザ光を前記蒸気タービンの内部に導く
照射用光フアイバおよびこの光照射光フアイバを
介して前記蒸気タービンの内部に導かれ被測定蒸
気に照射されて散乱された散乱光を各散乱角毎に
受光して前記蒸気タービンの外部に導く複数の受
光用光フアイバからなるケーブルと、前記複数の
受光用光フアイバを介して前記蒸気タービンの外
部に導かれた前記各散乱角毎の散乱光をそれぞれ
受光して散乱光強度分布信号として出力する光検
出器と、この光検出器から出力された散乱光強度
分布信号から前記被測定蒸気の粒径分布および粒
子密度を算出する演算装置とを具備し、前記プロ
ーブは、前記照射用光フアイバ内を進行するレー
ザ光の進行の向きを180゜転回させる如くU字状に
屈曲された前記光照射用フアイバの先端部と、こ
の照射用光フアイバの先端部から出射された光を
整形し前記被測定蒸気に照射する光学系と、この
光学系と対向する前記受光用光フアイバの先端部
からなるものであることを特徴とする蒸気タービ
ンの蒸気監視装置。 2 前記光学系は、前記光照射用フアイバの先端
部から出射された前記レーザ光を平行ビームに整
形するコリメータレンズと、このコリメータレン
ズから出射された光を通過させる開口部を有する
光学的遮蔽体とからなるものであること特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の蒸気タービンの蒸
気監視装置。 3 前記コリメータレンズと前記光学的遮蔽体と
は互いの相対位置を調整可能な機構によつて支持
されているものであることを特徴とする特許請求
の範囲第2項記載の蒸気タービンの蒸気監視装
置。 4 前記光学系は、前記レーザ光を通過させかつ
前記被測定蒸気に接する開口部を有するものであ
り、この開口部を前記蒸気タービンの外部から導
入された空気によつてエアパージされるものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
蒸気タービンの蒸気監視装置。 5 前記受光用光フアイバの少なくとも先端部
は、黒の艶消し表面を持つ部材で覆われているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の蒸気
タービンの蒸気監視装置。[Scope of Claims] 1. A laser light source installed outside the steam turbine, a probe to be inserted into the inside of the steam turbine at the tip, and a laser light source from the laser light source installed inside the steam turbine. An irradiating optical fiber that guides the irradiating light to the steam turbine, and a scattered light that is guided into the steam turbine through the irradiating optical fiber, irradiates the steam to be measured, and receives the scattered light at each scattering angle and guides it to the outside of the steam turbine. A cable consisting of a plurality of light-receiving optical fibers and the plurality of light-receiving optical fibers guide the scattered light for each scattering angle to the outside of the steam turbine, respectively, and output the received scattered light as a scattered light intensity distribution signal. and an arithmetic device that calculates the particle size distribution and particle density of the vapor to be measured from the scattered light intensity distribution signal output from the photodetector, and the probe The tip of the light irradiation fiber is bent in a U-shape so as to rotate the direction of travel of the laser light traveling therein by 180 degrees, and the light emitted from the tip of this irradiation optical fiber is shaped and 1. A steam monitoring device for a steam turbine, comprising: an optical system for irradiating steam to be measured; and a tip of the light-receiving optical fiber facing the optical system. 2. The optical system includes a collimator lens that shapes the laser beam emitted from the tip of the light irradiation fiber into a parallel beam, and an optical shield that has an opening that allows the light emitted from the collimator lens to pass through. A steam monitoring device for a steam turbine according to claim 1, characterized in that the device comprises: 3. Steam monitoring of a steam turbine according to claim 2, wherein the collimator lens and the optical shield are supported by a mechanism that can adjust their relative positions. Device. 4. The optical system has an opening through which the laser beam passes and is in contact with the steam to be measured, and this opening is air-purged with air introduced from outside the steam turbine. A steam monitoring device for a steam turbine according to claim 1, characterized in that: 5. The steam monitoring device for a steam turbine according to claim 1, wherein at least a tip of the light-receiving optical fiber is covered with a member having a black matte surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257924A JPS61134644A (en) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | Steam monitor equipment of steam turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59257924A JPS61134644A (en) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | Steam monitor equipment of steam turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61134644A JPS61134644A (en) | 1986-06-21 |
| JPH0263182B2 true JPH0263182B2 (en) | 1990-12-27 |
Family
ID=17313078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59257924A Granted JPS61134644A (en) | 1984-12-06 | 1984-12-06 | Steam monitor equipment of steam turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61134644A (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63199055U (en) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | ||
| JP5085426B2 (en) * | 2008-05-16 | 2012-11-28 | 株式会社東芝 | Droplet measuring device and droplet measuring method in a steam turbine |
| JP5161827B2 (en) * | 2009-03-31 | 2013-03-13 | 株式会社東芝 | Droplet measuring device and droplet measuring method in a steam turbine |
| US8433526B2 (en) * | 2010-11-12 | 2013-04-30 | General Electric Company | Method and system for steam quality monitoring |
-
1984
- 1984-12-06 JP JP59257924A patent/JPS61134644A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61134644A (en) | 1986-06-21 |
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