FR2967458A1

FR2967458A1 - Procede et systeme de controle de qualite de la vapeur

Info

Publication number: FR2967458A1
Application number: FR1160264A
Authority: FR
Inventors: Binayak Roy; Tao Guo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-05-18
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: US8433526B2; JP2012103254A; FR2967458B1; RU2580380C2; DE102011055268B4; DE102011055268A1; RU2011145688A; US20120123696A1

Abstract

Un procédé de détermination d'une qualité de vapeur d'une vapeur humide saturée à l'intérieur d'une turbine à vapeur (10) inclut d'émettre (162) depuis une sonde optique (52, 54) une pluralité de longueurs d'onde à travers la vapeur humide, de mesurer (164) avec la sonde optique (52, 54) une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide, de déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde, d'appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé, de calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes, de déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes, de déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum, et de déterminer (178) la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes.

Description

B11-5126FR 1

Procédé et système de contrôle de qualité de la vapeur La présente invention concerne des systèmes de contrôle de vapeur, et, plus particulièrement, des systèmes et procédés de contrôle de qualité de la vapeur et de détermination d'une distribution de taille de gouttelettes. De la vapeur est utilisée dans une grande plage d'applications couvrant de nombreuses industries, comme le transfert de chaleur, la génération d'électricité, et le transport. Par exemple, de la vapeur peut être utilisée comme force motrice dans une turbine à vapeur pour convertir de l'énergie thermique en une énergie rotative. L'exigence de qualité pour la vapeur, qui peut correspondre à un contenu en humidité de la vapeur, varie en fonction de l'application. Par exemple, des turbines à vapeur peuvent demander une vapeur de haute qualité parce qu'une vapeur de faible qualité peut provoquer un rendement réduit et l'érosion des composants de la turbine à vapeur. Les instruments de contrôle de qualité de la vapeur existants utilisent habituellement des signaux optiques. Malheureusement, la précision des instruments de contrôle de qualité de la vapeur existants peut être affectée négativement du fait des effets de grandes gouttelettes d'eau sur les signaux optiques. Aussi, il y a un besoin pour un système de contrôle de qualité de la vapeur qui vise un ou plus des sujets susmentionnés. Selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de détermination de la qualité de la vapeur d'une vapeur humide située à l'intérieur d'une turbine à vapeur. Le procédé comprend des étapes consistant à émettre à partir d'une sonde optique une pluralité de longueurs d'onde à travers la vapeur humide, à mesurer avec la sonde optique une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide, à déterminer un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde, à appliquer successivement des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé, à calculer une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes, à déterminer un reste minimum de la pluralité de restes, à déterminer une distribution de taille des gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum, et à déterminer la qualité de la vapeur en fonction de la distribution en taille des gouttelettes. Selon un second aspect, l'invention propose un support lisible par machine comprenant des instructions exécutables. Les instructions exécutables, quand elles sont exécutées par un processeur, font que le processeur réalise les actes incluant de mesurer avec la sonde optique une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises à travers une vapeur humide, de déterminer un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde, d'appliquer successivement des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé, de calculer une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes, de déterminer un reste minimum de la pluralité de restes, de déterminer une distribution de taille des gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum, et de déterminer une qualité de la vapeur en fonction de la distribution en taille des gouttelettes. Selon un troisième aspect, l'invention propose un système de contrôle de qualité de vapeur. Le système inclut un émetteur optique configuré pour émettre de la lumière à une pluralité de longueurs d'onde, un détecteur optique configuré pour détecter la lumière à la pluralité de longueurs d'onde, et un processeur couplé à l'émetteur optique et au détecteur optique. Le processeur est configuré pour exécuter des instructions stockées dans une mémoire ou un dispositif de stockage. Les instructions, quand elles sont exécutées par le processeur, font que le processeur réalise des actes incluant de détecter avec le détecteur optique une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises par l'émetteur optique à travers la vapeur humide, de déterminer un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde, d'appliquer successivement des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé, de calculer une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes, de déterminer un reste minimum de la pluralité de restes, de déterminer une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum, et de déterminer la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante de quelques exemples non limitatifs, en référence aux dessins attenants dans lesquels des numéros identiques représentent les mêmes parties sur tous les dessins, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une turbine à vapeur comportant de multiples étages de turbine ; - la figure 2 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un système de contrôle de qualité de la vapeur ; - la figure 3 est un graphique montrant des rapports d'intensité contaminés par de grandes gouttelettes en fonction de la longueur d'onde ; - la figure 4 est un graphique montrant des densités en nombre contaminées par de grandes gouttelettes en fonction du diamètre ; - la figure 5 est un graphique montrant des rapports d'intensité normés en fonction de la longueur d'onde, selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 6 est un graphique montrant des valeurs de densités en fonction du diamètre, selon un mode de réalisation de la présente invention ; - et la figure 7 est un organigramme d'un procédé pour déterminer une qualité de vapeur selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 est une vue de côté en coupe d'une turbine à vapeur 10 comportant une section haute pression 12 et une section basse pression 14. La turbine à vapeur 10 peut être utilisée partout où de la vapeur est disponible pour la génération de courant, comme dans des usines à charbon, des usines de gazéification, des usines de gaz naturel, des centrales nucléaires, etc. La turbine à vapeur 10 peut inclure un mode de réalisation d'un système de contrôle de qualité de la vapeur tel que décrit en détail ci-dessous. Pendant le fonctionnement, une entrée de vapeur haute pression 16 reçoit de la vapeur haute pression et fait passer la vapeur haute pression à travers des étages de turbine haute pression 18, entraînant des pales de turbine pour provoquer la rotation d'un arbre de rotor commun de la turbine à vapeur 10. Un exemple d'une source de vapeur haute pression inclut un système de génération de vapeur à récupération de chaleur (GVRC) d'une centrale électrique à cycle combiné à gazéification intégrée (CCGI). La vapeur haute pression sort de la section haute pression 12 de la turbine à vapeur 10 par une sortie de vapeur haute pression 20. Dans certains modes de réalisation, la vapeur haute pression peut être redirigée vers le système GVRC pour une autre surchauffe et une utilisation finale dans la section basse pression 14 de la turbine à vapeur 10. Similairement, l'entrée de vapeur basse pression 22 reçoit de la vapeur basse pression, comme celle venant d'un système GVRC, et fait passer la vapeur basse pression à travers des étages de turbine basse pression 24, entraînant des pales pour provoquer la rotation de l'arbre de rotor commun de la turbine à vapeur 10. La vapeur basse pression sort de la section basse pression 14 de la turbine à vapeur 10 par une sortie de vapeur basse pression 26. Dans certains modes de réalisation, la turbine à vapeur 10 peut aussi inclure une section à pression intermédiaire. La turbine à vapeur 10 peut inclure une ou plusieurs sondes optiques utilisées pour déterminer une qualité de vapeur de la vapeur humide située à l'intérieur de la turbine à vapeur 10 comme décrit ci-dessous en détail. Dans divers modes de réalisation, les sondes optiques peuvent être disposées dans des emplacements à l'intérieur de la turbine à vapeur 10. Par exemple, les sondes optiques peuvent être disposées dans la section haute pression 12, la section basse pression 14, ou la section de pression intermédiaire (si elle est présente). Dans d'autres modes de réalisation, les sondes optiques peuvent être placées là où la mesure de la qualité de la vapeur à l'intérieur de la turbine à vapeur 10 est souhaitée. La figure 2 est une vue schématique d'un système de contrôle de qualité de la vapeur 50. Dans le mode de réalisation illustré, le système de contrôle 50 inclut un émetteur optique 52 et un détecteur optique 54, qui ensemble peuvent être appelés une sonde optique. A la fois l'émetteur optique 52 et le détecteur optique 54 peuvent être couplés à des surfaces fixes intérieures de la turbine à vapeur 10. De plus, le détecteur optique 54 est habituellement configuré pour faire face à l'émetteur optique 52. L'émetteur optique 52 est configuré pour émettre de la lumière 56 à une ou plusieurs longueurs d'onde. Par exemple, les différentes longueurs d'onde de lumière 56 peuvent être générées comme une lumière blanche ou comme des longueurs d'onde discrètes, spécifiques. Dans certains modes de réalisation, l'émetteur optique 52 peut être une source lumineuse à large bande configurée pour émettre la lumière 56 à une ou plus longueurs d'onde entre approximativement 500 nm et 650 nm. Dans de tels modes de réalisation, les longueurs d'onde de la lumière 56 peuvent être séparées les unes des autres par approximativement 5 nm à Io nm. Ainsi, dans ces modes de réalisation, la source lumineuse à large bande 52 peut être configurée pour émettre entre approximativement 15 à 30 longueurs d'onde de la lumière 56. Augmenter le nombre de longueurs d'onde de la lumière 56 émise par la source lumineuse à large bande 52 peut réduire une quantité de bruit dans la mesure de la qualité de vapeur. Dans d'autres modes de réalisation, l'émetteur optique 52 peut être une source laser. Quand la lumière 56 est émise par la source lumineuse à large bande 52, la lumière 56 peut venir en contact avec une goutte d'eau 58, ou une gouttelette. Comme illustré, la goutte d'eau 58 peut avoir une forme globalement sphérique, bien que d'autres formes soient aussi possibles. La goutte d'eau 58 peut être portée entre l'émetteur optique 52 et le détecteur optique 54, et dans la lumière 56, par un flux de vapeur à l'intérieur de la turbine à vapeur 10. De la vapeur avec une qualité de vapeur plus faible peut avoir un plus grand nombre de gouttes d'eau 58 que de la vapeur avec une qualité de vapeur élevée. C'est à dire que la qualité de la vapeur est définie comme la proportion de vapeur saturée dans un mélange eau/vapeur saturée. Une qualité de vapeur saturée de 0 indique 100% d'eau, alors qu'une qualité de vapeur de 1 (ou de 100%) indique 100% de vapeur. La goutte d'eau 58 peut avoir un diamètre 60, qui peut être plus grand qu'approximativement 100 nm, 500 nm, 1000 nm, 2000 nm, 3000 nm, 4000 nm, ou 5000 nm. La distribution des diamètres 60 dans une turbine à vapeur 10 typique peut être N-modale, où N = 1, 2, 3, 4, ou plus. Par exemple, dans le mode de réalisation illustré, la distribution des diamètres 60 peut être bimodale, avec des petites gouttes d'eau primaires 62 et des grandes gouttes d'eau secondaires 64. Par exemple, le diamètre 60 des gouttes d'eau primaires 62 peut être entre approximativement 200 et 1500 nm. Le diamètre 60 des gouttes d'eau secondaires 64 peut être entre 5000 et 10000 nm. Les gouttes d'eau primaires 62 peuvent correspondre à des gouttes d'eau présentes dans la vapeur. Les gouttes d'eau secondaires 64 peuvent être créées au niveau des bords d'attaque des tuyères et des pales de la turbine à vapeur 10. Le nombre de gouttes d'eau primaires 62 peut être plus grand que le nombre de gouttes d'eau secondaires 64. Ainsi, dans une turbine à vapeur 10 typique, la contribution en humidité des gouttes d'eau secondaires 64 peut être inférieure à la contribution en humidité des gouttes d'eau primaires 62. La lumière 56 entrant dans la goutte d'eau 58 peut être transmise comme un ou plusieurs faisceaux diffusés 66. Les divers faisceaux diffusés 66 peuvent ne pas atteindre le détecteur optique 54. Néanmoins, un faisceau détecté 68 peut être aligné de telle manière qu'il soit détecté par le détecteur optique 54. Un exemple d'un détecteur optique 54 est un photodétecteur, qui peut être configuré comme un réseau de diodes. Dans divers modes de réalisation, le photodétecteur 54 peuvent générer un signal électrique en réponse au faisceau détecté 68. De plus, le photodétecteur 54 peut être configuré pour détecter la même plage de longueurs d'onde de la lumière 56 émise par la source lumineuse à large bande 52. Le faisceau détecté 68 peut être moins intense que la lumière 56 du fait des faisceaux diffusés 66. En d'autres termes, étant donné que toute la lumière 56 n'atteint pas le photodétecteur 54, le faisceau détecté 68 peut avoir une intensité réduite. Ainsi, dans certaines mises en oeuvre, le fonctionnement du système de contrôle de vapeur 50 est basé sur la théorie de la diffusion de Mie, qui représente une solution analytique des équations de Maxwell pour la diffusion du rayonnement électromagnétique par des particules sphériques. La figure 3 est un graphique des rapports d'intensité montrant l'effet d'atténuation provoqué par les gouttes d'eau secondaires 64. Sur le graphique 80, les abscisses (axe des x) 82 représentent la longueur d'onde de la lumière 56 émise par la source lumineuse à large bande 52 exprimée en nanomètres. Les ordonnées (axe des y) 84 représentent le rapport d'intensité, qui est défini comme l'intensité du faisceau détecté 68 divisé par l'intensité de la lumière 56 comme telle que détectée par le photodétecteur 54 dans de la vapeur sèche (par exemple, une qualité de vapeur de 1 ou 100%). En d'autres termes, un rapport d'intensité plus petit correspond à une qualité de vapeur inférieure. En utilisant un système de contrôle de qualité de la vapeur typique, les rapports d'intensité mesurés 86 à diverses longueurs d'onde de la lumière 56 sont indiqués sur le graphique 80. Des points correspondant à une droite de meilleur ajustement 88 entre les rapports d'intensité mesurés 86 sont aussi indiqués sur le graphique 80. Comme illustré, les points correspondant à la droite de meilleur ajustement 88 peuvent se ranger approximativement de 0,55 à 0,72. Néanmoins, les rapports d'intensité réels, ou vrais, basés sur des prévisions physiques peuvent être plus grands que ceux mesurés par des systèmes de contrôle de qualité de la vapeur typique. La différence entre les rapports d'intensité mesurés 86 et les rapports d'intensité vrais peut être expliquée en partie par l'effet des gouttes d'eau secondaires 64. Précisément, les gouttes d'eau secondaires 64 peuvent causer une plus grande atténuation de la lumière 56 que les gouttes d'eau primaires 62. En d'autres termes, l'effet des gouttes d'eau secondaires 64 sur l'atténuation de la lumière 56 est proportionnellement supérieur à la contribution des gouttes d'eau secondaires 64 à un contenu en humidité total de la vapeur. Ainsi, les rapports d'intensité mesurés 86 des systèmes de contrôle de qualité de la vapeur typiques peuvent être inférieurs à ceux des prévisions physiques basées sur des calculs. De plus, la qualité de vapeur calculée en se basant sur des rapports d'intensité mesurés 86 des systèmes de contrôle de qualité de la vapeur typiques peut être inférieure à la qualité de la vapeur réelle. Une telle qualité de vapeur imprécise peut fournir une vue irréaliste des conditions à l'intérieur de la turbine à vapeur 10, empêchant ainsi de prendre des mesures pour améliorer le rendement de la turbine à vapeur 10. La figure 4 est un graphique 100 de densités en nombre montrant l'effet de l'atténuation causée par les gouttes d'eau secondaires 64. Sur le graphique 100, les abscisses 102 représentent le diamètre 60 de la goutte d'eau 58 exprimé en nanomètres. Les ordonnées 104 représentent la densité en nombre des gouttes d'eau 58, qui est définie comme un nombre de gouttes d'eau 58 par unité de volume. Sur le graphique 100, la densité en nombre est exprimée en gouttes d'eau 58 par mètre cube. Les résultats indiqués sur le graphique 100 sont basés sur les rapports d'intensité mesurés 86 montrés sur la figure 3. Précisément, les densités en nombre peuvent être calculées à partir des rapports d'intensité mesurés 86 en utilisant les équations de la théorie de la diffusion de Mie. Une densité en gouttes primaires 106 représente la densité en nombre des gouttes d'eau primaires 62, et une densité en gouttes secondaires 108 représente la densité en nombre des gouttes d'eau secondaires 64. En se référant à la figure 4, la densité en gouttes primaires 106 est approximativement de 1,5 x 1015 par m3 et la densité en gouttes secondaires 108 est approximativement de 9 x 1011 par m3. En utilisant ces valeurs et la théorie de la diffusion de Mie, les gouttes d'eau primaires 62 et les gouttes d'eau secondaires 64 apparaissent comme contribuant à approximativement 51% et 3% du contenu en humidité total, respectivement. Ainsi, le contenu en humidité totale apparaît comme étant approximativement de 54%, ce qui est supérieur au contenu en humidité basé sur des prévisions physiques, à savoir approximativement 9%. La figure 5 est un graphique des rapports d'intensité normés obtenus en utilisant le procédé décrit en détail ci-dessous en fonction de la longueur d'onde. Des rapports d'intensité normés éliminent ou réduisent l'atténuation causée par les gouttes d'eau secondaires 64. Les rapports d'intensité normés 122 sont indiqués sur le graphique 120. Des points correspondant à une droite de meilleur ajustement 124 entre les rapports d'intensité normés 122 sont aussi indiqués sur le graphique 120. Comme illustré, les points correspondant à la droite de meilleur ajustement 88 peuvent aller d'approximativement 0,90 à 0,94. Ainsi, les rapports d'intensité normés 122 illustrés sur la figure 5 sont supérieurs aux rapports d'intensité mesurés 86 illustrés sur la figure 3. Les rapports d'intensité normés 122 sont approximativement les mêmes que les rapports d'intensité vrais basés sur des prévisions physiques. Précisément, l'atténuation causée par les gouttes d'eau secondaires 64 a été extraite des rapports d'intensité normés 122. Utiliser des valeurs de qualité de la vapeur précises basées sur les rapports d'intensité normés 122 permet d'améliorer le rendement de la turbine à vapeur 10. La figure 6 est un graphique 140 des densités en nombre obtenues en utilisant le procédé décrit en détail ci-dessous en fonction du diamètre 60. Les résultats indiqués sur le graphique 140 sont basés sur les rapports d'intensité normés 122 montrés sur la figure 5. Une densité en gouttes primaires correcte 142 représente la densité en nombre correcte des gouttes d'eau primaires 62 et une densité en gouttes secondaires correcte 144 représente la densité en nombre correcte des gouttes d'eau secondaires 64. Comme présenté ci-dessus, les densités en nombre peuvent être calculées à partir des rapports d'intensité normés 122 en utilisant les équations de la théorie de la diffusion de Mie. En se référant à la figure 6, la densité en gouttes primaires correcte 142 est approximativement de 1,5 x 1014 par m3 et la densité en gouttes secondaires correcte 144 est approximativement de 5,5 x 1011 par m3. Les densités de gouttes primaire et secondaire 142 et 144 sont inférieures aux densités en gouttes primaire et secondaire 106 et 108 montrées sur la figure 4. En utilisant ces valeurs et la théorie de la diffusion de Mie, les gouttes d'eau primaires 62 et les gouttes d'eau secondaires 64 apparaissent comme contribuant pour approximativement 6% et 3% du contenu en humidité total, respectivement. Ainsi, le contenu en humidité total apparaît comme étant d'approximativement 9%, qui est approximativement le même que le contenu en humidité basé sur des prévisions physiques, à savoir environ 9%. La figure 7 est un organigramme 160 d'un processus pour déterminer la qualité de vapeur dans la turbine à vapeur 10 en utilisant le système de contrôle de qualité de la vapeur 50. L'invention peut être mise en oeuvre sous la forme de procédés et d'appareils pour mettre en pratique ces processus. L'invention peut être mise en forme au moyen d'un programme informatique comportant un code de programme contenant des instructions exécutables enregistrées sur des supports lisibles par un ordinateur, comme des disquettes, des CD-ROM, des disques durs, des clés USB, ou tout autre support de stockage. Des modes de réalisation de l'invention peuvent aussi être réalisés sous la forme d'un code de programme informatique, par exemple, qu'il soit stocké dans un support de stockage, chargé dans et/ou exécuté par un ordinateur, ou transmis sur quelque support de transmission, comme par câblage électrique, par des fibres optiques, ou via une transmission sans fil, dans lequel le code de programme informatique peut être chargé et exécuté par un ordinateur. Le système de contrôle de qualité de la vapeur 50 peut inclure un code informatique enregistré sur un support de stockage lisible informatiquement. Le code informatique peut inclure des instructions pour initier une fonction de commande pour augmenter la qualité de la vapeur si un niveau détecté est sous un niveau de seuil de la qualité de vapeur ou pour notifier à un opérateur que la qualité de la vapeur est déficiente. Dans d'autres modes de réalisation, le code peut inclure des instructions pour mesurer les variables opérationnelles en utilisant des instruments de processus ou pour répéter cycliquement certaines instructions.

Comme illustré à la figure 7, dans une étape 162, une ou plusieurs longueurs d'onde ki de la lumière 56, jusqu'à n longueurs d'onde, sont émises par la sonde optique et passent à travers la vapeur humide qui doit être contrôlée. La sonde optique peut inclure la source lumineuse à large bande 52 et le photodétecteur 54. Dans une étape 164, la sonde optique mesure une intensité de vapeur humide I(ki) correspondant à chacune des n longueurs d'onde de la lumière 56 émises à travers la vapeur humide. Comme présenté plus en détails ci-dessous, l'intensité de vapeur humide mesurée peut être atténuée du fait des gouttes d'eau secondaires 64 dans la vapeur humide. Dans une étape 166, la sonde optique peut recevoir une intensité de vapeur sèche Io(ki) correspondant à chacune des n longueurs d'onde de la lumière 56 émise à travers une vapeur sèche. L'étape 166 peut être réalisée une fois et les vapeurs des intensités de vapeur sèche réutilisées dans les calculs suivants. En variante, les valeurs d'intensité de vapeur sèche peuvent être dérivées en utilisant des modèles physiques ou tirées d'une base de données locale ou distante contenant de telles valeurs, dérivées soit expérimentalement soit en utilisant des modèles physiques. Dans une étape 168, un vecteur de rapport d'intensité R est déterminé en divisant l'intensité de vapeur humide I(ki) par l'intensité de vapeur sèche Io(ki) correspondante pour chacune des longueurs d'onde de la lumière 56. Par exemple, un rapport d'intensité fonction de la longueur d'onde r(k.) peut être déterminé en utilisant l'équation suivante : R(ki) = I(ki)/Io (ki) (E q. 1)

Le vecteur à n dimensions des rapports d'intensité R peut être formé en utilisant l'équation suivante : R = [r(ki), r(k2)..., r(kn)] (Eq. 2)

Dans une étape 170, des facteurs d'échelle s sont successivement appliqués au vecteur de rapport d'intensité R pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé Rs, tel que représenté en utilisant l'équation suivante

RS = sR (Eq. 3) Les facteurs d'échelle s peuvent être supérieurs à 0 ou inférieur ou égal à 1. Dans une étape 172, une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle s est calculée pour obtenir un ou plusieurs restes, qui peuvent être déterminés en utilisant l'équation suivante : (Eq. 4) où N(D) est la densité en nombre, Dmax est un diamètre maximum de la goutte 58, D est le diamètre 60, 1 est une longueur de chemin de la goutte 58, et Ek(D) est un coefficient d'extinction. Dans certains modes de réalisation, la densité en nombre N(D) peut être limitée. Par exemple, la densité en nombre N(D) peut être limitée à des gouttes de deux diamètres, à savoir des gouttes d'eau primaires 62 et des gouttes d'eau secondaires 64. Dans d'autres modes de réalisation, la densité en nombre N(D) peut être limitée à des gouttes de plus de deux diamètres. Dans certains modes de réalisation, le diamètre maximum Dmax peut être supérieur à approximativement 1000 nm, 2000 nm, 3000 nm, 4000 nm, ou 5000 nm. La longueur de chemin 1 est définie comme la distance entre la source lumineuse à large bande 52 et le photodétecteur 54. De plus, le coefficient d'extinction Ek(D) pour des gouttes 58 avec des diamètres 60 supérieurs à approximativement 5000 nm est indépendant de la longueur d'onde ki et du diamètre D. Ainsi, l'atténuation causée par les gouttes 58 avec des diamètres 60 supérieurs à approximativement 5000 nm, comme les gouttes d'eau secondaires 64, est approximativement constante. Dans l'étape 174, un reste minimum en,. d'un ou plusieurs reste(s) déterminés dans l'étape 172 est déterminé. Dans l'étape 176, la distribution de taille des gouttelettes est déterminée en calculant la densité en nombre N(D) correspondant au reste minimum em~n obtenu lors de l'étape 174. Finalement, dans une étape 178, la qualité de vapeur Y (ou fraction d'humidité est déterminée en utilisant l'équation suivante : (Eq. 5) Où peau est la densité des gouttes 58 et pvapenr est la densité 20 de la vapeur.

Liste des éléments 10 turbine à vapeur 12 section haute pression 14 section basse pression 16 entrée de vapeur haute pression 18 étages de turbine haute pression 20 sortie de vapeur haute pression 22 entrée de vapeur basse pression 24 étages de turbine basse pression 26 sortie de vapeur basse pression 50 système de contrôle de qualité de la vapeur 52 émetteur optique 54 détecteur optique 56 lumière 58 goutte d'eau 60 diamètre 62 petites gouttes d'eau primaires 64 grandes gouttes d'eau secondaires 66 faisceaux diffusés 68 faisceau détecté 80 graphique des rapports d'intensité montrant l'effet de l'atténuation causée par des gouttes secondaires 82 longueur d'onde de la lumière 84 rapport d'intensité 86 rapports d'intensité mesurés 88 droite de meilleur ajustement entre les rapports d'intensité mesurés 100 graphique des densités en nombre montrant l'effet de l'atténuation causée par des gouttes secondaires 102 diamètre des gouttes d'eau 104 densité en nombre 106 densité en gouttes primaires 108 densité en gouttes secondaires 120 graphique des rapports d'intensité normés obtenus en utilisant un exemple de procédé 122 rapports d'intensité normés 124 droite de meilleur ajustement entre les rapports d'intensité normés 140 graphique des densités en nombre obtenues en utilisant un exemple de procédé 142 densité en gouttes primaires correcte 144 densité en gouttes secondaires correcte 160 organigramme d'un exemple de procédé pour déterminer la qualité de la vapeur 162 étape consistant à émettre des longueurs d'onde à travers la vapeur humide depuis la sonde optique 164 étape consistant à mesurer une intensité de la vapeur humide avec la sonde optique 166 étape consistant à obtenir une intensité de vapeur sèche 168 étape consistant à déterminer un rapport d'intensité 170 étape consistant à appliquer successivement des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité 172 étape consistant à résoudre l'expression d'optimisation pour chaque facteur d'échelle 174 étape consistant à déterminer un reste minimum 176 étape consistant à déterminer la distribution de taille des gouttelettes 178 étape consistant à déterminer la qualité de la vapeur

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une qualité de vapeur d'une vapeur humide située à l'intérieur d'une turbine à vapeur (10), le procédé comprenant des étapes consistant à : émettre (162) depuis une sonde optique (52, 54) une pluralité de longueurs d'onde à travers la vapeur humide ; mesurer (164) avec la sonde optique (52, 54) une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur convenable est basée sur la fonction e(s) = minN(D) Rs - exp ~- ~D21N(D)E, (D)dD où e(s) est la pluralité de restes, N(D) est la densité en nombre de gouttelettes, Rs est le vecteur de rapport d'intensité normé, D,,,aX est une taille de gouttelette maximum, D est un diamètre, 1 est une longueur de chemin, et Ek(D) est un coefficient d'extinction.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de deux diamètres (60).
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de plus de deux diamètres (60).
5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la taille de gouttelette maximum D. est supérieure à approximativement 5000 nanomètres.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de longueurs d'onde sont générées comme une lumière blanche (56).
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de longueurs d'onde comprend plus qu'approximativement 15 longueurs d'onde.
8. Support lisible par ordinateur comprenant des instructions exécutables, qui, lorsqu'elles sont exécutées par un processeur, font que le processeur réalise les fonctions suivantes : mesurer (164) avec une sonde optique (52, 54) une intensité de vapeur humide correspondant à une pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes.
9. Support selon la revendication 8, dans lequel la valeur convenable est basée sur une fonction e(s) = min N(D) Rs - exp 7021N(D)E, (D)dD où e(s) est la pluralité de restes, N(D) est la densité en nombre de gouttelettes, RS est le vecteur de rapport d'intensité normé, DmaX est une taille de gouttelette maximum, D est un diamètre, 1 est une longueur de chemin, et Ek(D) est un coefficient d'extinction.
10. Support selon la revendication 9, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de deux diamètres.
11. Support selon la revendication 9, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de plus de deux diamètres.
12. Support selon la revendication 9, dans lequel la taille de gouttelette maximum D,,,aX est supérieure à approximativement 5000 nanomètres.
13. Support selon la revendication 8, dans lequel les longueurs d'onde sont générées comme une lumière blanche (56).
14. Système de contrôle de qualité de vapeur (50), comprenant : un émetteur optique (52) configuré pour émettre de la lumière à une pluralité de longueurs d'onde ; un détecteur optique (54) configuré pour détecter les différentes longueurs d'onde émises ; un processeur couplé à l'émetteur optique (52) et au détecteur optique (54) et configuré pour exécuter des instructions stockées dans un dispositif de mémoire ou de stockage, dans lequel les instructions, quand elles sont exécutées par le processeur, font que le processeur réalise les fonctions suivantes : détecter (164) avec le détecteur optique (54) une intensité de vapeur humide correspondant à chacune des longueurs d'onde émises par l'émetteur optique (52) à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune des longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) une qualité de vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes.
15. Système de contrôle de qualité de la vapeur (50) selon la revendication 14, comprenant une turbine à vapeur (10), dans lequell'émetteur optique (52) et le détecteur optique (54) sont disposés à l'intérieur de la turbine à vapeur (10).REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'une qualité de vapeur d'une vapeur humide située à l'intérieur d'une turbine à vapeur (10), le procédé comprenant des étapes consistant à : émettre (162) depuis une sonde optique (52, 54) une pluralité de longueurs d'onde à travers la vapeur humide ; mesurer (164) avec la sonde optique (52, 54) une intensité de vapeur humide correspondant à chacune de la pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur convenable est basée sur la fonction e(s) = minN(D) Rs - exp ~- ~D21N(D)E, (D)dD où e(s) est la pluralité de restes, N(D) est la densité en nombre de gouttelettes, Rs est le vecteur de rapport d'intensité normé, D,,,aX est une taille de gouttelette maximum, D est un diamètre, 1 est une longueur de chemin, et Ek(D) est un coefficient d'extinction. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de deux diamètres (60). 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de plus de deux diamètres (60). 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la taille de gouttelette maximum D. est supérieure à approximativement 5000 nanomètres. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de longueurs d'onde sont générées comme une lumière blanche (56). 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pluralité de longueurs d'onde comprend plus qu'approximativement 15 longueurs d'onde. 8. Support lisible par ordinateur comprenant des instructions exécutables, qui, lorsqu'elles sont exécutées par un processeur, font que le processeur réalise les fonctions suivantes : mesurer (164) avec une sonde optique (52, 54) une intensité de vapeur humide correspondant à une pluralité de longueurs d'onde émises à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune de la pluralité de longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) la qualité de la vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes. 9. Support selon la revendication 8, dans lequel la valeur convenable est basée sur une fonction e(s) = min N(D) Rs - exp 7021N(D)E, (D)dD où e(s) est la pluralité de restes, N(D) est la densité en nombre de gouttelettes, RS est le vecteur de rapport d'intensité normé, DmaX est une taille de gouttelette maximum, D est un diamètre, 1 est une longueur de chemin, et Ek(D) est un coefficient d'extinction. 10. Support selon la revendication 9, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de deux diamètres. 11. Support selon la revendication 9, dans lequel la densité en nombre de gouttelettes N(D) est limitée à des gouttelettes (58) de plus de deux diamètres. 12. Support selon la revendication 9, dans lequel la taille de gouttelette maximum D,,,aX est supérieure à approximativement 5000 nanomètres. 13. Support selon la revendication 8, dans lequel les longueurs d'onde sont générées comme une lumière blanche (56). 14. Système de contrôle de qualité de vapeur (50), comprenant : un émetteur optique (52) configuré pour émettre de la lumière à une pluralité de longueurs d'onde ; un détecteur optique (54) configuré pour détecter les différentes longueurs d'onde émises ; un processeur couplé à l'émetteur optique (52) et au détecteur optique (54) et configuré pour exécuter des instructions stockées dans un dispositif de mémoire ou de stockage, dans lequel les instructions, quand elles sont exécutées par le processeur, font que le processeur réalise les fonctions suivantes : détecter (164) avec le détecteur optique (54) une intensité de vapeur humide correspondant à chacune des longueurs d'onde émises par l'émetteur optique (52) à travers la vapeur humide ; déterminer (168) un vecteur de rapport d'intensité en divisant l'intensité de vapeur humide par une intensité de vapeur sèche correspondante pour chacune des longueurs d'onde ; appliquer successivement (170) des facteurs d'échelle au vecteur de rapport d'intensité pour obtenir un vecteur de rapport d'intensité normé ; calculer (172) une valeur convenable pour chacun des facteurs d'échelle pour obtenir une pluralité de restes ; déterminer (174) un reste minimum de la pluralité de restes ; déterminer (176) une distribution de taille de gouttelettes en calculant la densité en nombre de gouttelettes correspondant au reste minimum ; et déterminer (178) une qualité de vapeur en se basant sur la distribution de taille de gouttelettes. 15. Système de contrôle de qualité de la vapeur (50) selon la revendication 14, comprenant une turbine à vapeur (10), dans lequell'émetteur optique (52) et le détecteur optique (54) sont disposés à l'intérieur de la turbine à vapeur (10).