JP2003075380A - 乾き度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単純な構成で、蒸気の乾き度を正確に測定す
ることを可能とした乾き度測定装置を提供する。 【解決手段】 蒸気が送り込まれる主配管２２内に一端
が挿入され、かつこの一端の先端面に形成された流体取
入れ口２３が上流側に向けられたサンプリング用副配管
２１Ａを備え、この副配管２１Ａを介してサンプリング
された流体中の水量に基づいて前記蒸気の乾き度を算出
する乾き度測定装置１において、副配管２１Ａの一端に
この管壁を貫く連通部として複数の貫通孔２４を設けた
構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気を取扱う機
器、例えば蒸気タービンやボイラ等に適用される乾き度
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、蒸気の乾き度を測定する乾き度測
定装置は種々提案されている。例えば蒸気タービンにお
けるように、許容限度以上に蒸気が液、即ち水分を随伴
することにより不具合が発生する場合があり、これを未
然に防止するには、蒸気に随伴する水分の比率を的確に
把握することが重要である。一方、乾き度の測定は監視
対象である蒸気の全量でなく、その一部をサンプリング
し、このサンプリングした蒸気に随伴する水分の比率を
求めることにより行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記乾き度の測定のた
めにサンプリングされた蒸気に随伴する水分の比率が、
監視の対象である全蒸気に随伴する水分の比率と等しく
なるのが理想的である。しかしながら、このサンプリン
グされた蒸気が監視の対象である全蒸気を代表するもの
とは言えず、それぞれに随伴する水分の比率に差異が生
じ、前記全蒸気に随伴する水分の比率を的確に把握でき
ないという問題があった。本発明は、斯かる従来の問題
をなくすことを課題としてなされたもので、単純な構成
で、蒸気の乾き度を正確に測定することを可能とした乾
き度測定装置を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、第一発明は、蒸気が送り込まれる主配管内に一端が
挿入され、かつこの一端の先端面に形成された流体取入
れ口が上流側に向けられたサンプリング用副配管を備
え、この副配管を介してサンプリングされた流体中の水
量に基づいて前記蒸気の乾き度を算出する乾き度測定装
置において、前記副配管の一端にこの管壁を貫く連通部
を設けた構成とした。

【０００５】第二発明は、第一発明の構成に加えて、前
記連通部が、貫通孔である構成とした。

【０００６】第三発明は、第一発明の構成に加えて、前
記連通部が、前記先端面から前記副配管の軸方向に沿っ
て延びるスリットである構成とした。

【０００７】第四発明は、蒸気が送り込まれる主配管内
に一端が挿入され、かつこの一端の先端面に形成された
流体取入れ口が上流側に向けられたサンプリング用副配
管を備え、この副配管を介してサンプリングされた流体
中の水量に基づいて前記蒸気の乾き度を算出する乾き度
測定装置において、前記上流側に向けて先細形状で、前
記上流側およびこの反対方向の下流側の両端部が開口
し、この両端部間に前記副配管の前記流体取入れ口を位
置させた外筒部材を設けた構成とした。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
したがって説明する。図１〜４は、本発明に係る乾き度
測定装置１を示し、この乾き度測定装置１は、サンプリ
ング部１１、第一水量検出部１２、凝縮器１３、第二水
量検出部１４および演算部１５を備えている。サンプリ
ング部１１は、Ｌ形に屈曲したサンプリング用副配管２
１Ａを備え、蒸気が送り込まれるＬ形に屈曲した主配管
２２の屈曲部を貫き、横方向に延び、一端の先端面に形
成された流体取入れ口２３を上流側に向けて配置されて
いる。また、この一端には、副配管２１Ａの軸方向に沿
って複数の貫通孔２４が設けられている。そして、主配
管２２には、矢印Ｉで示すようにミスト状の水を随伴し
て蒸気が流れており、その一部を流体取入れ口２３を介
して副配管２１Ａ内に導き入れるようになっている。な
お、副配管２１Ａの内面には、撥水性をよくし、内部に
水滴が生じないように、いわゆるポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）等のフッソ樹脂のコーティングを施
すのが好ましい。

【０００９】第一水量検出部１２は、気液分離エレメン
ト２５を内蔵したケーシング２６を有し、気液分離エレ
メント２５の下部は略半球形の底蓋２７により閉じられ
ている。この底蓋２７の上部と気液分離エレメント２５
の下端との間には環状溝２８が形成され、底蓋２７の外
面には上下に、かつ環状溝２８に連通させてガイド溝２
９が刻設されている。また、ケーシング２６の底部の一
方には、下方に向かって先細形状の漏斗状のガイド面３
１を有する受液部３２が突設され、この底部の他方には
底面を暖めるヒータ３３が埋設されるとともに、受液部
３２とヒータ３３の先端部との間にて端部が露出した熱
電対３４が配設されている。さらに、この底部には、排
水のための貫通孔３５が穿設されている。

【００１０】気液分離エレメント２５内には、副配管２
１Ａからミスト状の水を随伴した蒸気が流入し、これら
が気液分離エレメント２５の、例えばメッシュ材からな
る側壁部を通過する過程で気液分離される。即ち、蒸気
は側壁部を突き抜けて流れ、液体であるミスト状の水は
前記側壁部にて分離され、徐々に下方に移動して、環状
溝２８に溜まってゆく。この環状溝２８内の水は、さら
にガイド溝２９に導かれて、これに沿って下方に流れ、
この下端部から滴下する。図１に示すように、気液分離
エレメント２５は傾斜配置され、ガイド溝２８の下端部
から水滴は漏斗状のガイド面３１上に滴下するようにな
っている。また、このガイド面３１に滴下してきた水滴
は熱電対３４上を経て、蒸気とともに貫通孔３５から流
出してゆく。そして、ヒータ３３により温められた温度
を検出していた熱電対３４はガイド面３１の下部から流
れて来る水により一時的に低下した温度を検出すること
になる。この検出した温度を示す温度信号は演算部１５
に出力される。

【００１１】凝縮器１３には、第一水量検出部１２から
ミスト状の水とともに蒸気が流入し、この全量がここで
凝縮されて水になり、この凝縮水は第二水量検出部１４
に送り出される。第二水量検出部１４は、前記凝縮水を
受入れる流入部４１と、開閉弁４２、例えば電磁弁が設
けられた流出部４３と、この流入部４１と流出部４３と
の間に介在し、予め定めた水量に対応する液面を検出す
るレベル検出器４４が設けられた筒状の貯水部４５Ａと
を備えている。

【００１２】そして、開閉弁４２を閉じた状態下で、凝
縮器１３からの凝縮水を受入れると、貯水部４５Ａに凝
縮水が溜まってゆき、やがて貯水部４５Ａ内の水面がレ
ベル検出器４４により検出される。この検出がなされる
レベルまでに溜まった水量は予め分かっており、この溜
まった水を流出させるのに要する時間も推定可能である
故、レベル検出器４４により前記水面が検出されると、
この流出に要する時間だけ開閉弁４２が開かれる。さら
に、この所要時間が経過すると、再度開閉弁４２は閉じ
られ、この状態下で、前記凝縮水を貯水部４５Ａ内に溜
め始め、上述した操作が繰り返される。また、このレベ
ル検出器４４による検出信号は演算部１５に入力され、
開閉弁４２への開閉のための制御信号が演算部１５から
開閉弁４２に出力される。

【００１３】演算部１５は、第一水量検出部１２の熱電
対３４からの温度信号の変化および予め定まる一水滴の
水量から、単位時間当りの蒸気に随伴された水量Ｘ１を
算出する。さらに、演算部１５は、レベル検出器４４か
ら出力される検出信号の時間間隔に基づき、単位時間当
りのミスト状の水、蒸気からの凝縮水の全量Ｘ２を算出
し、以下の式により蒸気の乾き度Ｙ（％）を算出し、算
出結果を出力する。 Ｙ＝（１−Ｘ１／Ｘ２）×１００

【００１４】ところで、乾き度の正確な測定を行うに
は、常に、蒸気とこれに随伴する水ミストとの比率を主
配管２２内と副配管２１Ａ内とで同じになるように副配
管２１Ａ内へのサンプリングをすべきである。このた
め、主配管２２から副配管２１Ａへと続く副配管２１Ａ
の先端部において、主配管２２内での蒸気の流速と副配
管２１Ａ内での蒸気の流速を同じにすることが望まし
い。

【００１５】例えば、図６は図４に示す副配管に代えて
貫通孔を有していない別の副配管を設けた場合の蒸気お
よびこれに随伴する水ミストの流れを示す図であり、図
７は、その図６の場合における、副配管の中心軸（Ｘ
軸）上での先端部内外における蒸気の流速の変化を示す
図である。この図７において、横軸上の点０は副配管２
１Ｚの先端位置を示し、点０から左方への距離は前記先
端位置から下流側への距離に対応している。この図の表
記に関しては、以下の蒸気流速を表す図５、図１１にお
いても同様である。

【００１６】貫通孔２４を設けていない副配管２１Ｚを
用いた構成では、図７に示すように、副配管２１Ａ内で
蒸気の流速がその先端部以降に急激に減速してしまう。
つまり、主配管２２内での流速が副配管２１Ｚ内での流
速よりも速くなってしまうことになる。この場合、主配
管２２から副配管２１Ｚに向かう蒸気の流線は、副配管
２１Ｚの先端部で副配管２１Ｚ内への流線から外れて副
配管２１Ｚの外側に向かうものが多くなる。

【００１７】一方、質量の大きい粒子である水ミストＭ
はその慣性の作用で、蒸気の曲線的な流れとは別に、副
配管２１Ｚへ直線的に流れていくので、副配管２１Ｚ内
に流入してゆく水ミストＭの量が多くなる。斯かる現象
が生じると、前述したように、乾き度の正確な測定に必
要とされる主配管２２内と副配管２１Ｚ内のそれぞれに
おける蒸気と水ミストＭの同比率の確保が達成されなく
なる。即ち、この副配管２１Ｚを用いた場合、副配管２
１Ｚ内での水ミストＭの比率が、監視対象である主配管
２２内での水ミストの比率よりも大きくなってしまう。
斯かる現象は、副配管２１Ｚの内径を小さくしてサンプ
リング量を少なくする程、顕著になる。また、副配管２
１Ｚ内に水滴が付着することによっても、測定誤差が生
じる場合がある。

【００１８】これに対し、本発明に係る乾き度測定装置
１では、前述のとおり、副配管２１Ａの一端に副配管２
１Ａの軸方向に沿って複数の内外を連通させる貫通孔２
４が設けられている故、主配管２２から副配管２１Ａ内
に流入した蒸気の一部は図４に示すように、貫通孔２４
から流出し、副配管２１Ａ内で蒸気の流速が急激に減速
することはなく、徐々に減速してゆく。このため、蒸気
の流線から外れた水ミストも時間が経つ間に蒸気の流線
に沿って流れ、副配管２１Ａ内に慣性力により流入して
きた過多の水ミストも貫通孔２４から蒸気に随伴して流
出していく。図５は、副配管２１Ａの中心軸（Ｘ軸）上
での蒸気流速の緩やかな変化を示すものである。

【００１９】つまり、前述した本発明に係る乾き度測定
装置１では、図５に示すように、副配管２１Ａ内の中心
軸（Ｘ軸）上での蒸気の流速は徐々に減速されるように
なる。この結果、副配管２１Ａの先端部で主配管２２と
副配管２１Ａのそれぞれにおける流速の差が小さくな
り、図６および７を参照して説明した前記不具合は改善
され、正確な乾き度測定が可能となる。

【００２０】なお、前述した装置では、第一水量検出部
１２の気液分離エレメント２５にて分離された水滴の量
を測定するためにヒータ３３、熱電対３４を用いてある
が、斯かる構成に代えて、例えば気液分離エレメント２
５から水滴が落下したのを検出し、その水滴の数をカウ
ントし、一定時間の間に落下した水滴数から合計した水
滴の量を算出するようにしてもよい。

【００２１】また、上述した貯水部４５Ａに代えて、図
８に示す貯水部４５Ｂを用いてもよい。この貯水部４５
Ｂは、水面の下限レベルを検出するレベル検出器４４Ｌ
と水面の上限レベルを検出するレベル検出器４４Ｈとを
備え、それぞれによる検出信号は演算部１５に入力さ
れ、これにより開閉弁４２の開閉制御が行われる。貯水
部４５Ｂのその他の構成については、貯水部４５Ａと同
じで、同一番号を付して示してある。

【００２２】貯水部４５Ａを用いた第二水量検出部１４
では、水を流出させる場合、一定の時間が経過するとこ
の流出が完了したものと推定し、開閉弁４２の開閉を行
っているが、この推定と現実の流出完了とにずれが生じ
たとしても分らないこともあり得る。これに対して、貯
水部４５Ｂを用いた場合、レベル検出器４４Ｈにより上
限レベルに達した水面が検出されると、開閉弁４２が開
かれ、レベル検出器４４Ｌにより下限レベルに達した水
面が検出されると、開閉弁４２が閉じられ、開閉弁４２
に対して現実に即した確実な開閉制御がなされるように
なる。

【００２３】本発明は前記実施形態に限定するものでな
く、例えば副配管２１Ａに代えて、図９および１０に示
すように、一端に軸方向に沿って延びるスリット５１が
形成さた副配管２１Ｂを採用してもよい。そして、この
副配管２１Ｂにおいても、この内部に流入した蒸気の一
部が水ミストを随伴してスリット５１から副配管２１Ｂ
外に流出し、副配管２１Ｂ内の蒸気の流速は、急速には
減速せず、図１１に示すように徐々に減速し、副配管２
１Ａの場合と同様な作用を生じ、乾き度測定の精度を改
善する。

【００２４】また、図１２に示すように、前述した副配
管２１Ａおよび２１Ｂに代えて主配管２２内の外筒部材
５２Ａ内に流体取入れ口２３を位置させた副配管２１Ｃ
を採用してもよい。この外筒部材５２Ａは主配管２２内
の上流側に向けて先細形状に形成され、その上流側の開
口部５３よりも下流側の開口部５４の方が大きく、この
両端部間に流体取入れ口２３が位置している。斯かる構
成により、主配管２２内の流速が副配管２１Ｃ内の流速
よりも速い場合でも、蒸気は下流側に向けて断面が大き
くなる外筒部材５２Ａ内を通過する間に、徐々に流速を
下げてゆく。そして、流体取入れ口２３の近傍で副配管
２１Ｃの内外での蒸気の流速の差が縮まり、この結果主
配管２２内の蒸気と水ミストの比率と副配管２１Ｃ内の
前記比率とも略同じとなり、正確な乾き度測定が可能と
なる。

【００２５】ただし、前述した外筒部材５２Ａを用いる
場合、正確な乾き度測定に望ましいのは、流体取入れ口
２３の近傍で副配管２１Ｃの内外での蒸気の流速を等し
くすることである。このために、外筒部材５２Ａを設け
ない場合における主配管２２内の流速（Ｖ１）と副配管
２１Ｃ内の流速（Ｖ２）の比（Ｖ１／Ｖ２）と、前述し
た下流側の開口部５４の面積（Ａ１）と上流側の開口部
５３の面積（Ａ２）との比（Ａ１／Ａ２）とを等しくす
る。なお、ここでは下流側の開口部５４の面積（Ａ１）
と、副配管２１Ｃの先端部分の位置（流体取入れ口２３
の位置）での外筒部材５２Ａの断面積はほぼ等しいもの
としている。例えば、外筒部材５２Ａを設けない場合
に、主配管２２内の流速が２０ｍ／ｓｅｃで、副配管２
１Ｃ内での流速が５ｍ／ｓｅｃと定められているとする
と、流体取入れ口２３の近傍で副配管２１Ｃの内外での
蒸気の流速の差をできる限り小さくするには、Ａ１／Ａ
２＝２０／５＝４とすればよい。

【００２６】なお、前述した外筒部材５２Ａは固定式の
ものであるが、これに代えて、図１３〜１５に示す位置
調整可能な外筒部材５２Ｂを設けてもよい。この場合、
外筒部材５２Ｂ内には、先端部の外周面に外ねじ６１が
形成された副配管２１Ｄが用いられ、外筒部材５２Ｂに
は、リブ６２で保持され、外ねじ６１に螺合する内ねじ
６３が形成されたナット部６４が設けられている。そし
て、副配管２１Ｄに対して相対的に外筒部材５２Ｂを回
転させることにより、例えば図１４に示すように外筒部
材５２Ｂを上流側に位置させた状態から図１５に示すよ
うに外筒部材５２Ｂを下流側に後退させた位置迄、適宜
位置調整可能となっている。また、この外筒部材５２Ｂ
の場合は、図１４および１５に示すように、前述した面
積Ａ１、Ａ２に関連して、下流側の開口部の面積Ａ１は
副配管２１Ｄの先端部の位置での外筒部材５２Ｂの内部
断面積、上流側の開口部の面積Ａ２は外筒部材５２Ｂの
上流側端部の内部断面積となる。そして、前記同様、Ａ
１／Ａ２＝Ｖ１／Ｖ２とする。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、第一発
明によれば、蒸気が送り込まれる主配管内に一端が挿入
され、かつこの一端の先端面に形成された流体取入れ口
が上流側に向けられたサンプリング用副配管を備え、こ
の副配管を介してサンプリングされた流体中の水量に基
づいて前記蒸気の乾き度を算出する乾き度測定装置にお
いて、前記副配管の一端にこの管壁を貫く連通部を設け
た構成としてある。この結果、副配管内に流入した蒸気
の一部が副配管外に流出するようになり、副配管内に流
入した蒸気の流速が急激に減速することなく、主配管内
における蒸気と水ミストの比率と略等しい比率の水ミス
トを随伴した蒸気がサンプリングされ、正確な乾き度測
定が簡単な構成で可能となるという効果を奏する。

【００２８】また、第二発明によれば、第一発明の構成
に加えて、前記連通部が、貫通孔である構成としてあ
る。さらに、第三発明によれば、第一発明の構成に加え
て、前記連通部が、前記先端面から前記副配管の軸方向
に沿って延びるスリットである構成としてある。このた
め、第一発明と同様、これら第二、第三発明において
も、簡単な構成で、正確な乾き度測定が可能になるとい
う効果を奏する。

【００２９】さらに、第四発明によれば、蒸気が送り込
まれる主配管内に一端が挿入され、かつこの一端の先端
面に形成された流体取入れ口が上流側に向けられたサン
プリング用副配管を備え、この副配管を介してサンプリ
ングされた流体中の水量に基づいて前記蒸気の乾き度を
算出する乾き度測定装置において、前記上流側に向けて
先細形状で、前記上流側およびこの反対方向の下流側の
両端部が開口し、この両端部間に前記副配管の前記流体
取入れ口を位置させた外筒部材を設けた構成としてあ
る。このため、第一発明と同様、この第四発明において
も、簡単な構成で、正確な乾き度測定が可能になるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る乾き度測定装置の全体構成を示
す図である。

【図２】 図１に示す装置における第一水量検出部の拡
大断面図である。

【図３】 図２のIII−III線断面図である。

【図４】 図１に示す装置における副配管の先端部の拡
大断面図である。

【図５】 図４に示す副配管の中心軸（Ｘ軸）上での先
端部内外における蒸気の流速の変化を示す図である。

【図６】 図４に示す副配管に代えて貫通孔を有してい
ない別の副配管を設けた場合の蒸気およびこれに随伴す
る水ミストの流れを示す図である。

【図７】 図６に示す副配管を設けた場合における、副
配管の中心軸（Ｘ軸）上での先端部内外における蒸気の
流速の変化を示す図である。

【図８】 図１に示す装置の第二水量検出部における別
の貯水部の例を示す断面図である。

【図９】 図４に示す副配管に代えて、設けられる副配
管の先端部の正面図である。

【図１０】 図９のＸ−Ｘ線断面図である。

【図１１】 図９および１０に示す副配管の中心軸（Ｘ
軸）上での先端部内外における蒸気の流速の変化を示す
図である。

【図１２】 図４に示す副配管に代えて、設けられる外
筒部材およびこれを伴った副配管の先端部の拡大断面図
である。

【図１３】 図４に示す副配管に代えて、設けられる別
の外筒部材およびこれを伴った副配管の先端部の正面図
である。

【図１４】 図１３のXIV−XIV線断面図である。

【図１５】 図１４に示す副配管の別の状態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 乾き度測定装置 １１ サンプリング
部 １２ 第一水量検出部 １３ 凝縮器 １４ 第二水量検出部 １５ 演算部 ２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ （サンプリング用）
副配管 ２２ 主配管 ２３ 流体取入れ口 ２４ 貫通孔 ２５ 気液分離エレ
メント ２６ ケーシング ２７ 底蓋 ２８ 環状溝 ２９ ガイド溝 ３１ ガイド面 ３２ 受液部 ３３ ヒータ ３４ 熱電対 ３５ 貫通孔 ４１ 流入部 ４２ 開閉弁 ４３ 流出部 ４４ レベル検出器 ４５Ａ、４５Ｂ 貯
水部 ５１ スリット ５２Ａ、５２Ｂ 外
筒部材 ５３、５４ 開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気が送り込まれる主配管内に一端が挿
   入され、かつこの一端の先端面に形成された流体取入れ
   口が上流側に向けられたサンプリング用副配管を備え、
   この副配管を介してサンプリングされた流体中の水量に
   基づいて前記蒸気の乾き度を算出する乾き度測定装置に
   おいて、前記副配管の一端にこの管壁を貫く連通部を設
   けたことを特徴とする乾き度測定装置。
2. 【請求項２】 前記連通部が、貫通孔であることを特徴
   とする請求項１に記載の乾き度測定装置。
3. 【請求項３】 前記連通部が、前記先端面から前記副配
   管の軸方向に沿って延びるスリットであることを特徴と
   する請求項１に記載の乾き度測定装置。
4. 【請求項４】 蒸気が送り込まれる主配管内に一端が挿
   入され、かつこの一端の先端面に形成された流体取入れ
   口が上流側に向けられたサンプリング用副配管を備え、
   この副配管を介してサンプリングされた流体中の水量に
   基づいて前記蒸気の乾き度を算出する乾き度測定装置に
   おいて、前記上流側に向けて先細形状で、前記上流側お
   よびこの反対方向の下流側の両端部が開口し、この両端
   部間に前記副配管の前記流体取入れ口を位置させた外筒
   部材を設けたことを特徴とする乾き度測定装置。