JP6450196B2 - Steam turbine droplet measuring apparatus and steam turbine - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービン内に生じる液滴の計測を行う液滴計測装置及びそれを備えた蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a droplet measuring device that measures droplets generated in a steam turbine and a steam turbine including the droplet measuring device.
蒸気タービンの低圧段のように、蒸気条件が飽和状態の領域で運転される場合には、蒸気タービン内部で多量の液滴が発生する。このような湿り蒸気流れの状況下では、復水衝撃などによって発生した微小液滴の一部が静翼面に付着すると、翼面上で水膜流れとなり、静翼後縁端から再び噴霧される。 When the steam condition is operated in a saturated region, as in the low pressure stage of the steam turbine, a large amount of droplets are generated inside the steam turbine. Under such wet steam flow conditions, if some of the small droplets generated by condensate impact adhere to the stationary blade surface, a water film flows on the blade surface and is sprayed again from the trailing edge of the stationary blade. The
静翼の後流では液滴径が1μm以下の微小液滴から数百μmの粗大液滴が混在しており、微小液滴は蒸気の流れに乗って流下するが、粗大液滴は蒸気の流れに乗れず、ほぼ周速と同程度の速度で動翼に衝突し、翼が浸食を受ける原因となる。特に近年、蒸気タービン最終段の長翼化が進み、動翼先端部の周速が高速となることから、液滴が翼浸食に及ぼす影響を増大させる傾向にある。従って、信頼性の観点から、タービン内に発生する液滴の径及び速度を計測することによって液滴の流動特性を解明し、正確な影響評価と効果的な対策を講じることが求められている。 In the wake of the stationary blade, there are a mixture of micro droplets with a droplet diameter of 1 μm or less to several hundred μm coarse droplets. It cannot get on the flow and collides with the moving blade at a speed almost equal to the peripheral speed, which causes the blade to be eroded. In particular, in recent years, the last stage of the steam turbine has become longer, and the peripheral speed of the tip of the rotor blade has increased. Therefore, the influence of droplets on blade erosion tends to increase. Therefore, from the viewpoint of reliability, it is required to elucidate the flow characteristics of droplets by measuring the diameter and velocity of the droplets generated in the turbine, and to accurately evaluate the impact and take effective measures. .
上記のような液滴の流速計測技術として、例えば、特許文献1(特開2010−243197号公報)には、レーザ光発振部から発振されたレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して被計測流体内に照射するレーザシート光形成部と、レーザシート光形成部から照射されたレーザシート光により被計測流体内に現れた被照射体画像を観測するボアスコープと、ボアスコープにより観測された被照射体画像を撮像して被照射体画像データに変換する画像撮像手段とを備えた流体速度計測システムが開示されている。 As a technique for measuring the flow velocity of liquid droplets as described above, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-243197) discloses that laser light oscillated from a laser light oscillation unit is converted into a sheet-shaped laser sheet light. A laser sheet light forming unit that converts and irradiates the fluid to be measured, a borescope that observes an irradiated object image that appears in the fluid to be measured by the laser sheet light irradiated from the laser sheet light forming unit, and a borescope Discloses a fluid velocity measurement system including an image capturing unit that captures an image of an irradiated object observed by the above and converts it into irradiated object image data.
また、液滴の流速計測技術に関する他の例として、特許文献2(特開2013−029423号公報)には、測定対象物内を流れる作動流体に係わる第1の相の流速を測定する第1の測定装置と、測定対象物を流れる作動流体中の粒子に係わる第2の相の流速を測定する第2の測定装置と、第1の測定装置及び第2の測定装置にて測定された第1の相の流速、第2の相の流速から、第1の相の流速、第2の相の流速、粒子の粒径の間に成立する相関式を予め求め、相関式に対し、測定した第1の相の流速と、第2の相の流速とを導入して、測定対象物内を流れる粒子の粒径を算出する流速及び粒径計測システムが開示されている。 In addition, as another example relating to the droplet flow velocity measurement technique, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-029423) discloses a first method for measuring a flow velocity of a first phase related to a working fluid flowing in a measurement object. The second measuring device for measuring the flow velocity of the second phase related to the particles in the working fluid flowing through the measurement object, the first measuring device, and the second measuring device measured by the second measuring device. From the flow rate of the first phase and the flow rate of the second phase, a correlation equation established between the flow rate of the first phase, the flow rate of the second phase, and the particle size of the particles was obtained in advance, and the correlation equation was measured. A flow rate and particle size measurement system is disclosed in which the flow velocity of the first phase and the flow velocity of the second phase are introduced to calculate the particle size of particles flowing in the measurement object.
しかしながら上記従来技術には次のような問題点がある。 However, the above prior art has the following problems.
すなわち、特許文献1に記載の技術は、レーザ光と高速度カメラとを用い、粒子画像流速計測法(PIV:Particle Image Velocimetry)に基づいて微小粒子の流速を定量的に計測するものであるが、計測対象となる粒子サイズのバラつきができるだけ小さいことが望ましいという条件があるため、蒸気タービンの低圧段に発生するような広範囲の液滴径を有する液滴を測定対象とする場合には、計測精度が著しく低下してしまう。また、液滴を撮像するためには液滴の飛翔方向がレーザシート平面に一致する必要があるが、蒸気タービンに発生する液滴の飛翔方向は一定では無く予測が困難であるため、正確な速度情報を算出できない。さらに、粒径については測定対象外である。
That is, the technique described in
また、特許文献2に記載の技術は、粒径の測定は可能であるが、風洞試験等によって作動流体の流速、粒子の流速、及び粒子の粒径の間に成立する相関式を予め求めておく必要があるため、事前に多くの工程が必要である。また、粒子の粒径を算出するために相関式に導入する作動流体の流速及び粒子の流速を測定する必要があるが、外部と隔絶された蒸気タービンの内部の粒子の流速を測定することは非常に困難である。
Although the technique described in
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、蒸気タービン内部に発生する液滴の径及び速度をより容易かつ正確に測定することができる蒸気タービンの液滴計測装置及びそれを用いた蒸気タービンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a droplet measuring device for a steam turbine capable of more easily and accurately measuring the diameter and velocity of droplets generated inside a steam turbine, and a steam turbine using the same The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明は、蒸気タービンのケーシングを貫通し、蒸気タービン内部における作動流体の流路を内外方向に延在するように配置される中空状の管状部材と、前記管状部材の前記ケーシングより外側に設けられ、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、前記管状部材の前記ケーシングより内側に設けられ、前記レーザ光発振部から発振されて前記管状部材を介したレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して前記作動流体内に照射するレーザシート光形成部と、前記レーザシート光形成部からのレーザシート光の照射により前記作動流体内の液滴から得られる反射光及び内部屈折光を前記管状部材を介して前記ケーシングの外側に伝達するボアスコープと、前記ボアスコープを介して得られる前記液滴からの反射光と内部屈折光とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を生成する画像撮像部とを備えたものとする。 To achieve the above object, the present invention provides a hollow tubular member that penetrates a casing of a steam turbine and is disposed so as to extend a flow path of a working fluid inside the steam turbine inward and outward, and the tubular A laser beam oscillation part that is provided outside the casing of the member and oscillates laser light, and a laser beam that is provided inside the casing of the tubular member and is oscillated from the laser beam oscillation part and passes through the tubular member A laser sheet light forming unit that converts the laser beam light into a sheet-shaped laser sheet light and irradiates the working fluid from the droplets in the working fluid by irradiation of the laser sheet light from the laser sheet light forming unit A borescope for transmitting the obtained reflected light and internally refracted light to the outside of the casing via the tubular member, and the droplet obtained via the borescope By capturing the reflected light and the internal refraction light et assumed that an image capturing unit that generates an interference fringe image based on the phase difference.
蒸気タービン内部に発生する液滴の径及び速度をより容易かつ正確に測定することができる。 The diameter and speed of the droplet generated inside the steam turbine can be measured more easily and accurately.
本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施の形態に係る蒸気タービンの液滴計測装置の構成を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a droplet measuring apparatus for a steam turbine according to the present embodiment.
図1において、蒸気タービン100は、ケーシング101に貫設されたタービンロータ104と、タービンロータ104の外周に複数設けられた動翼103と、ケーシング101の内部にタービンロータ104を離間して囲むように同軸状に配置されたダイヤフラム外輪102a及びダイヤフラム外輪102aと、ダイヤフラム外輪102aとダイヤフラム内輪102bとの間に周方向に複数固設された静翼102と、蒸気タービン100の内部を流れる蒸気中の液滴31(後の図7等参照)を計測する液滴計測装置1とから概略構成されている。なお、図1においては、複数段で構成される低圧タービンの最終段の静翼102及び動翼103のみを図示しており、排気室なども省略している。
In FIG. 1, a
液滴計測装置1は、ケーシング101の内部の最終段の動翼103の蒸気主流105における下流側(図1中右側)にケーシング101を通して挿入されたレーザ干渉画像法(ILIDS:Interferometric Laser Imaging for Droplet Sizing)プローブ2(以下、単にプローブ2と称する)と、液滴計測装置1の動作を制御する制御装置3とを備えている。
The
本実施の形態においては、プローブ2を最終段の動翼103の作動流体(蒸気)の流れにおける下流側に配置し、後述するレーザシート光8を上流側に照射することによって、蒸気中の液滴を計測する場合を例に説明する。
In the present embodiment, the
図2は、液滴計測装置におけるプローブの構成を概略的に示す図である。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the probe in the droplet measuring apparatus.
図2において、プローブ2は、ケーシング101を貫通して内外方向に延在するように配置され、ケーシング101に対して軸周りに回動可能に設けられた中空状の管状部材20と、管状部材20のケーシング101より外側に設けられ、レーザ光4aを発振するレーザ光発振部4と、レーザ光発振部4から発振されたレーザ光4aをコリメート光に調整するレーザ調節光学系5と、レーザ光4aの進行方向を変更するレーザ光反射ミラー6と、管状部材20のケーシング101より内側に設けられ、レーザ光発振部4から発振されてレーザ光反射ミラー6で反射されたレーザ光4aをシート状に形成されたレーザシート光8に変換して作動流体内に照射するレーザシート光形成部7と、レーザシート光形成部7からのレーザシート光8の照射により作動流体内の液滴31から得られる反射光及び内部屈折光を管状部材20を介してケーシング101の外側に伝達するボアスコープ10と、ボアスコープ10を介して得られる液滴31からの反射光32と(内部)屈折光33とを撮像する画像撮像部21とを備えている。
In FIG. 2, the
レーザシート光形成部7には、レーザシート光8の照射角度を調整する照射角度調整部7aが設けられている。また、ボアスコープ10のケーシング101内側の端部(以降、入射端と称する)には、液滴31からの反射光と内部屈折光とを取り入れる撮像窓9が設けられている。また、撮像窓9には、撮像角度を調整する撮像角度調整部9aが設けられている。
The laser sheet
画像撮像部21は、ボアスコープ10により伝達されて撮像窓9と反対側の端部(言い換えると、ケーシング101の外側の端部。以降、照射端と称する)から照射された光を集光する対物レンズ12と、対物レンズ12で集光された光を平行光に調整するシリンドリカルレンズ14と、シリンドリカルレンズ14を介した光を撮像して制御部3に送るカメラ15と、光軸方向に伸縮可能に設けられ、ボアスコープ10の照射端と対物レンズ12との光軸方向の距離を調整する第2撮像距離調整部11と、光軸方向に伸縮可能に設けられ、対物レンズ12とシリンドリカルレンズ14との光軸方向の距離を調整する第1撮像距離調整部13とを備えている。
The
制御装置3は、液滴計測装置における液滴計測の条件設定や測定結果などを記憶する記憶部3bと、条件設定画面や測定結果などを表示する表示部3aと、各種情報の入力や操作を行う入力部3cとを有している。
The
次に、本実施の形態に係る蒸気タービン100の液滴計測装置1による液滴計測の原理について説明する。
Next, the principle of droplet measurement by the
図3は、本実施の形態に係る液滴計測の基本原理について説明する図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the basic principle of droplet measurement according to the present embodiment.
図3に示すように、本実施の形態の液滴計測は、レーザ干渉画像法(ILIDS:Interferometric Laser Imaging for Droplet Sizing)に基づいており、シート状の平行なレーザシート光308内の球形粒子331からの散乱光337について適当な角度θ(例えば、20°<θ<80°)の方向において焦点が外れた粒子像36(つまり、粒子の焦点外れ像)を撮像し、球形粒子331について干渉縞のパターン36aが現れた粒子像36を取得する。そして、粒子像36における干渉縞36aの数と球状粒子331の直径との比例関係に基づいて、球状粒子331の直径を算出する。また、粒子像331の中心から粒子位置を特定し、単位時間あたりの粒子位置の移動距離から粒子速度を算出する。
As shown in FIG. 3, the droplet measurement of the present embodiment is based on laser interference imaging (ILIDS), and
具体的には、レーザシート光308と球形粒子331からの散乱光のなす角(散乱角)がθとなるように対物レンズ312を配置し、球形粒子331が対物レンズ312を見込む角度(集光角)がαとなるように対物レンズ312と球形粒子331の距離L2を調整する。この場合、撮像面335で得られる球形粒子331の粒子像36の外径及び形は、球形粒子331の実際の大きさに関係なく、対物レンズ312の大きさと、撮像面335と像面334の距離L1とに依存する。例えば、対物レンズ312の外径形状が円形の場合は、球形粒子331の粒子像36は円形になる。そして、得られた粒子像36中に形成される干渉縞36aの本数N、球形粒子331が対物レンズ312を見込む角度(集光角)α、及び散乱角θなどを用いて、球状粒子331の直径dは下記(式1)により求められる。
Specifically, the
ここで、dは球状粒子331の直径、λはレーザシート光308の波長、Nは粒子像36(粒子の焦点外れ像)における干渉縞36aの数、mは球状粒子331の屈折率(具体的には作動流体中における液滴の屈折率)、αは集光角、θは散乱角である。
Here, d is the diameter of the
図4は、本実施の形態の液滴計測装置に係る液滴計測の基本原理との関係について概略的に示す図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship with the basic principle of droplet measurement according to the droplet measuring apparatus of the present embodiment.
図4において、レーザシート光8及び対物レンズ12は、図3におけるレーザシート光308及び対物レンズ312に対応する。また、図4におけるレーザシート光8と集光窓9における光軸とのなす角θは、図3における散乱角θに対応する。液滴計測装置1における液滴計測では、レーザシート光8内の液滴31からの反射光32及び屈折光33について角度θ(レーザシート光8と撮像窓9の光軸とのなす角θ(例えば、20°<θ<80°))の方向において焦点が外れた粒子像36(つまり、粒子の焦点外れ像)を撮像し、液滴31について干渉縞36aのパターンが現れた粒子像36を取得する。そして、粒子像36における干渉縞36aの数と液滴31の直径との比例関係に基づいて、液滴31の直径を算出する。また、粒子像36の中心から粒子位置を特定し、単位時間あたりの粒子位置の移動距離から粒子速度を算出する。
In FIG. 4, the
具体的には、蒸気タービン100における作動流体中の液滴31がレーザシート8を通過するときに、反射光32と屈折光33(図3の散乱光337に相当する)とが生じる。レーザシート光8内の液滴31からの反射光32及び屈折光33をレーザシート光8と集光窓9の光軸とのなす角がθとなる方向において集光窓9により集光し、ボアスコープ10により伝達する。ボアスコープ10の照射端から光軸方向の距離L2の位置に対物レンズ12を配置し、対物レンズ12から光軸方向の距離L1にシリンドリカルレンズ11を配置することにより、図3の撮像面335における粒子像36に相当する光をカメラ9に導くことができ、カメラ9で液滴31について干渉縞36aのパターンが現れた焦点が外れた粒子像36を取得することができる。カメラ9で取得された粒子像36は制御部3に送られる。
Specifically, when the
図5及び図6は、液滴計測装置の液滴計測によりえられる複数の粒子像を含む画像の一例を模式的に示す図であり、図5はある時刻t1での画像を、図6はある時刻から一定時間Δtが経過した時刻での画像をそれぞれ示している。 5 and 6 are diagrams schematically showing an example of an image including a plurality of particle images obtained by droplet measurement of the droplet measuring device. FIG. 5 shows an image at a certain time t1, and FIG. The images at the time when a certain time Δt has elapsed from a certain time are respectively shown.
図5及び図6においては、4つの液滴に関する粒子像361〜364が得られた画像37,38を例示している。画像37,38の4個の液滴31の焦点が外れた粒子像361〜364の外径の大きさは液滴31の実際の大きさではなく、液滴31の実際の大きさは、粒子像361〜364のそれぞれの干渉縞361a〜364aの数Nを判定して上記(式1)に代入することより求める。
5 and 6
また、撮像した液滴31の粒子像361〜364が円形の場合、その中心を求めることによって液滴31の位置を規定することができるので、既知の微小時間間隔Δtで撮影した2枚の画像、すなわち、時刻t1で撮像した画像37(図5)と、時刻t1+Δtで撮像した画像38(図6)における粒子像361〜364の位置の変化(移動距離)を算出することにより、それぞれの液滴の平面内の速度2成分を求めることができる。例えば、時刻t1(すなわち図5)での粒子像361の中心(図5参照)と時刻t1+Δtでの粒子像361の中心(図6参照)の距離から、時間Δtにおける粒子像361に対応する液滴31の移動距離、すなわち、液滴31の速度を求めることができる。
Further, when the imaged
図7及び図8は、蒸気タービンの低圧段に発生する液滴の挙動の一例を模式的に示す図であり、図7は静翼及び動翼の周方向から、図8は静翼の翼高さ方向からそれぞれ見た図である。 7 and 8 are diagrams schematically showing an example of the behavior of droplets generated in the low pressure stage of the steam turbine. FIG. 7 is a circumferential view of the stationary blade and the moving blade, and FIG. 8 is a blade of the stationary blade. It is the figure seen from the height direction, respectively.
図7及び図8に示すように、蒸気タービンの低圧段においては、復水衝撃などによって発生した微小液滴の一部が静翼102の翼面に付着すると、翼面上で水膜流れ30となり、静翼102の後縁端から液滴31として再び噴霧される。すなわち、液滴31が示す挙動は図7及び図8に示すように三次元的であるため、液滴31の飛翔方向を事前に予測することは非常に困難である。
As shown in FIGS. 7 and 8, in the low pressure stage of the steam turbine, when a part of minute droplets generated by the condensate impact or the like adheres to the blade surface of the
本実施の形態の液滴計測装置1においては、レーザシート光8と集光窓9の光軸とのなす角θは、照射角度調整部7aと撮像角度調整部9aとを調整することによって変更が可能である。また、集光角αは、第2撮像距離調整部11によってボアスコープ10の照射端と対物レンズ12との光軸方向の距離L2を調整することにより変更が可能である。さらに、レーザシート8の照射方向は、プローブ2の管状部材20をケーシング101に対して軸周りに回動させることによって変更が可能である。したがって、本実施の形態の液滴計測装置1は、あらゆる飛翔方向の液滴に対する液滴計測が可能である。
In the
以上のように構成した本実施の形態における効果を説明する。 The effect in this Embodiment comprised as mentioned above is demonstrated.
従来技術においては、レーザ光と高速度カメラとを用い、粒子画像流速計測法に基づいて微小粒子の流速を定量的に計測するものがあるが、計測対象となる粒子サイズのバラつきができるだけ小さいことが望ましいという条件があるため、蒸気タービンの低圧段に発生するような広範囲の液滴径を有する液滴を測定対象とする場合には、計測精度が著しく低下してしまう。また、液滴を撮像するためには液滴の飛翔方向がレーザシート平面に一致する必要があるが、蒸気タービンに発生する液滴の飛翔方向は一定では無く予測が困難であるため、正確な速度情報を算出できない。また、他の従来技術として、作動流体の流速、粒子の流速、及び粒子の粒径の間に成立する相関式を予め求めておき、作動流体の流速及び粒子の速度を測定して相関式に導入し、粒子の粒径を算出するものがあるが、風洞試験によって相関式を求めるなど事前の工数が非常に多く、さらに、相関式に導入する作動流体の流速及び粒子の流速を外部と隔絶された蒸気タービン内部という条件下で測定する必要があるという問題があった。 In the prior art, there is one that uses a laser beam and a high-speed camera to quantitatively measure the flow velocity of fine particles based on the particle image flow velocity measurement method, but the variation in the particle size to be measured is as small as possible Therefore, when measuring droplets having a wide range of droplet diameters that are generated in the low-pressure stage of the steam turbine, the measurement accuracy is significantly reduced. In addition, in order to image a droplet, the flight direction of the droplet needs to coincide with the laser sheet plane, but the flight direction of the droplet generated in the steam turbine is not constant and is difficult to predict. Speed information cannot be calculated. As another prior art, a correlation equation established between the flow velocity of the working fluid, the flow velocity of the particles, and the particle size of the particles is obtained in advance, and the flow velocity of the working fluid and the velocity of the particles are measured to obtain the correlation equation. There are some that calculate the particle size of the particles, but there are very many man-hours in advance, such as finding the correlation equation by wind tunnel test.In addition, the flow velocity of the working fluid and particles introduced in the correlation equation are isolated from the outside. There is a problem that it is necessary to measure under the condition of the inside of the steam turbine.
これに対して本実施の形態においては、ケーシング101を貫通して内外方向に延在するように配置された中空状の管状部材20と、管状部材20のケーシング101より外側に設けられ、レーザ光4aを発振するレーザ光発振部4と、管状部材20のケーシング101より内側に設けられ、レーザ光発振部4から発振されて管状部材20を介したレーザ光4aをシート状に形成されたレーザシート光8に変換してケーシング101内部の作動流体内に照射するレーザシート光形成部7と、レーザシート光形成部7からのレーザシート光8の照射により作動流体内の液滴31から得られる反射光32及び内部屈折光33を管状部材20を介してケーシング101の外側に伝達するボアスコープ10と、ボアスコープ10を介して得られる液滴31からの反射光32と内部屈折光33とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を撮像する画像撮像部とを備えたので、蒸気タービン内部に発生する液滴の径及び速度をより容易かつ正確に測定することができる。
On the other hand, in the present embodiment, a
すなわち、本実施の形態においては、角度等の設定パラメータを別々に調節して、組み合わせることにより、各種運転条件と計測対象に対応した最適な計測条件を見つけ出すことが可能であり、事前に複雑な検定試験の必要もなく、蒸気タービン運転中にパラメータを調節することが可能であり、蒸気タービン内に発生するあらゆる性状の液滴の計測を行うことができる。 That is, in the present embodiment, it is possible to find optimum measurement conditions corresponding to various operation conditions and measurement objects by separately adjusting and combining setting parameters such as angles, and complicated in advance. It is possible to adjust parameters during steam turbine operation without the need for a verification test, and to measure any properties of droplets generated within the steam turbine.
また、液滴がレーザシート光を通過する際に発生する散乱光を焦点が外れた画像として撮像するため、計測領域や運転状態によって、蒸気タービン内に発生する液滴の分布密度が異なる場合でも、撮像することが可能である。なお、カメラの前に、スリット状の機構を設け、光学的圧縮技術と併用することより、液滴が高密度に発生する計測領域にも適用可能である。 In addition, since the scattered light generated when the droplets pass through the laser sheet light is captured as an out-of-focus image, even if the distribution density of the droplets generated in the steam turbine differs depending on the measurement region and operating conditions It is possible to image. In addition, by providing a slit-like mechanism in front of the camera and using it together with the optical compression technique, it can be applied to a measurement region where droplets are generated at high density.
なお、上記実施の形態においては、プローブ2を最終段の動翼103の作動流体(蒸気)の流れにおける下流側に配置し、後述するレーザシート光8を上流側に照射することによって、蒸気中の液滴を計測する場合を例示したが、これに限られず、例えば、図9に示す変形例の蒸気タービン100Aように、プローブ2を最終段の静翼102と動翼103の間、すなわち、静翼102の作動流体(蒸気)の流れにおける下流側であって、動翼103の上流側に配置し、レーザシート8を上流側に照射することによって、蒸気中の液滴を計測するように構成してもよい。この場合においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
In the above embodiment, the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば、レーザ光を形成する部分の一部又は全部を、ILIDSプローブ本体内に収納するのではなく、蒸気タービン低圧段に取り付けることも可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. It is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. For example, a part or all of the part that forms the laser beam may be attached to the steam turbine low-pressure stage instead of being housed in the ILIDS probe body.
1 液滴計測装置
2 レーザ干渉画像法プローブ
3 制御装置
4 レーザ光発振部
4a レーザ光
5 レーザ調節光学系
6 レーザ光反射ミラー
7 レーザシート光形成部
7a 照射角度調整部
8 レーザシート光
9 撮像窓
9a 撮像角度調整部
10 ボアスコープ
11 第2撮像距離調整部
12 対物レンズ
13 第1撮像距離調整部
14 シリンドリカルレンズ
15 カメラ
20 管状部材
21 画像撮像部
31 液滴
100 蒸気タービン
101 ケーシング
102 静翼
103 動翼
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記管状部材の前記ケーシングより外側に設けられ、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、
前記管状部材の前記ケーシングより内側に設けられ、前記レーザ光発振部から発振されて前記管状部材を介したレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して前記ケーシング内部の作動流体内に照射するレーザシート光形成部と、
前記レーザシート光形成部からのレーザシート光の照射により前記作動流体内の液滴から得られる反射光及び内部屈折光を前記管状部材を介して前記ケーシングの外側に伝達するボアスコープと、
前記ボアスコープを介して得られる前記液滴からの反射光と内部屈折光とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を生成する画像撮像部と、
前記ボアスコープの前記ケーシング内部側の端部に設けられ、前記液滴からの反射光及び内部屈折光を集光する集光部の集光角度を調整する集光角度調整手段と
を備えたことを特徴とする蒸気タービンの液滴計測装置。 A hollow tubular member disposed through the casing of the steam turbine so as to extend the flow path of the working fluid in the steam turbine inward and outward;
A laser beam oscillation unit that is provided outside the casing of the tubular member and oscillates a laser beam;
Provided inside the casing of the tubular member, and oscillates from the laser light oscillating portion to convert the laser light through the tubular member into a laser sheet light formed into a sheet shape, and within the working fluid inside the casing A laser sheet light forming section for irradiating
A borescope for transmitting reflected light and internal refracted light obtained from droplets in the working fluid by irradiation of laser sheet light from the laser sheet light forming unit to the outside of the casing via the tubular member;
An image capturing unit that captures reflected light and internal refracted light from the droplet obtained through the borescope and generates an interference fringe image based on a phase difference ; and
A condensing angle adjusting unit that adjusts a condensing angle of a condensing unit that is provided at an end portion of the borescope on the inner side of the casing and collects reflected light and internal refracted light from the droplet. A droplet measuring device for a steam turbine, comprising:
前記管状部材の前記ケーシングより外側に設けられ、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、
前記管状部材の前記ケーシングより内側に設けられ、前記レーザ光発振部から発振されて前記管状部材を介したレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して前記ケーシング内部の作動流体内に照射するレーザシート光形成部と、
前記レーザシート光形成部からのレーザシート光の照射により前記作動流体内の液滴から得られる反射光及び内部屈折光を前記管状部材を介して前記ケーシングの外側に伝達するボアスコープと、
前記ボアスコープを介して得られる前記液滴からの反射光と内部屈折光とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を生成する画像撮像部とを備え、
前記画像撮像部は、
ボアスコープにより伝達された光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光された光を平行光に調整するシリンドリカルレンズと、
前記シリンドリカルレンズを介した光を撮像するカメラと、
ボアスコープと対物レンズとの光軸方向の距離を調整する第2撮像距離調整部と、
対物レンズとシリンドリカルレンズとの光軸方向の距離を調整する第1撮像距離調整部と
を備えたことを特徴とする蒸気タービンの液滴計測装置。 A hollow tubular member disposed through the casing of the steam turbine so as to extend the flow path of the working fluid in the steam turbine inward and outward;
A laser beam oscillation unit that is provided outside the casing of the tubular member and oscillates a laser beam;
Provided inside the casing of the tubular member, and oscillates from the laser light oscillating portion to convert the laser light through the tubular member into a laser sheet light formed into a sheet shape, and within the working fluid inside the casing A laser sheet light forming section for irradiating
A borescope for transmitting reflected light and internal refracted light obtained from droplets in the working fluid by irradiation of laser sheet light from the laser sheet light forming unit to the outside of the casing via the tubular member;
An image capturing unit that captures reflected light and internal refracted light from the droplet obtained through the borescope and generates an interference fringe image based on a phase difference ;
The image capturing unit includes:
An objective lens for collecting the light transmitted by the borescope;
A cylindrical lens for adjusting the light collected by the objective lens to parallel light;
A camera for imaging light through the cylindrical lens;
A second imaging distance adjustment unit for adjusting a distance in the optical axis direction between the borescope and the objective lens;
A steam turbine droplet measuring apparatus, comprising: a first imaging distance adjusting unit that adjusts a distance in an optical axis direction between the objective lens and the cylindrical lens .
前記レーザシート光形成部から照射される前記レーザシート光の照射角度を調整する照射角度調整部を備えたことを特徴とする蒸気タービンの液滴計測装置。 In the steam turbine droplet measuring device according to claim 1 or 2 ,
A droplet measuring apparatus for a steam turbine, comprising: an irradiation angle adjusting unit that adjusts an irradiation angle of the laser sheet light irradiated from the laser sheet light forming unit.
前記ケーシングを貫通して前記ケーシング内の作動流体の流路を内外方向に延在するように配置された中空状の管状部材と、前記管状部材の前記ケーシングより外側に設けられ、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、前記管状部材の前記ケーシングより内側に設けられ、前記レーザ光発振部から発振されて前記管状部材を介したレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して前記ケーシング内部の作動流体内に照射するレーザシート光形成部と、前記レーザシート光形成部からのレーザシート光の照射により前記作動流体内の液滴から得られる反射光及び内部屈折光を前記管状部材を介して前記ケーシングの外側に伝達するボアスコープと、前記ボアスコープを介して得られる前記液滴からの反射光と内部屈折光とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を生成する画像撮像部と、前記ボアスコープの前記ケーシング内部側の端部に設けられ、前記液滴からの反射光及び内部屈折光を集光する集光部の集光角度を調整する集光角度調整手段とを備えた液滴計測装置と
を備えたことを特徴とする蒸気タービン。 A steam turbine casing;
A hollow tubular member disposed so as to penetrate the casing and extend the flow path of the working fluid in the casing inward and outward, and provided outside the casing of the tubular member, and oscillates laser light A laser beam oscillating unit that is provided inside the casing of the tubular member, and oscillates from the laser beam oscillating unit and converts the laser beam via the tubular member into a sheet-shaped laser sheet beam. A laser sheet light forming unit for irradiating the working fluid inside the casing, and the reflected light and internal refracted light obtained from the droplets in the working fluid by irradiation of the laser sheet light from the laser sheet light forming unit A borescope that transmits to the outside of the casing through a member, and images of reflected light and internal refracted light from the droplets obtained through the borescope; An image capturing unit that generates an interference fringe image based on phase difference, the provided on the end of the casing inner side of the borescope, the condensing of the condensing unit for condensing reflected light and the internal refracted light from the droplet A steam turbine, comprising: a droplet measuring device including a condensing angle adjusting unit that adjusts an angle .
前記ケーシングを貫通して前記ケーシング内の作動流体の流路を内外方向に延在するように配置された中空状の管状部材と、前記管状部材の前記ケーシングより外側に設けられ、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、前記管状部材の前記ケーシングより内側に設けられ、前記レーザ光発振部から発振されて前記管状部材を介したレーザ光をシート状に形成されたレーザシート光に変換して前記ケーシング内部の作動流体内に照射するレーザシート光形成部と、前記レーザシート光形成部からのレーザシート光の照射により前記作動流体内の液滴から得られる反射光及び内部屈折光を前記管状部材を介して前記ケーシングの外側に伝達するボアスコープと、ボアスコープにより伝達された光を集光する対物レンズ、前記対物レンズで集光された光を平行光に調整するシリンドリカルレンズ、前記シリンドリカルレンズを介した光を撮像するカメラ、ボアスコープと対物レンズとの光軸方向の距離を調整する第2撮像距離調整部、及び、対物レンズとシリンドリカルレンズとの光軸方向の距離を調整する第1撮像距離調整部を有し、前記ボアスコープを介して得られる前記液滴からの反射光と内部屈折光とを撮像して位相差に基づく干渉縞画像を生成する画像撮像部とを備えた液滴計測装置と
を備えたことを特徴とする蒸気タービン。 A steam turbine casing;
A hollow tubular member disposed so as to penetrate the casing and extend the flow path of the working fluid in the casing inward and outward, and provided outside the casing of the tubular member, and oscillates laser light A laser beam oscillating unit that is provided inside the casing of the tubular member, and oscillates from the laser beam oscillating unit and converts the laser beam via the tubular member into a sheet-shaped laser sheet beam. A laser sheet light forming unit for irradiating the working fluid inside the casing, and the reflected light and internal refracted light obtained from the droplets in the working fluid by irradiation of the laser sheet light from the laser sheet light forming unit a borescope for transmitting to the outside of the casing through a member, is condensed light transmitted by the borescope condensed to an objective lens, in the objective lens A cylindrical lens that adjusts light into parallel light, a camera that images light through the cylindrical lens, a second imaging distance adjustment unit that adjusts the distance in the optical axis direction between the borescope and the objective lens, and the objective lens and the cylindrical lens A first imaging distance adjustment unit that adjusts a distance in the optical axis direction from the lens, and images reflected light from the droplet and internal refracted light obtained through the borescope, and interference based on a phase difference A steam turbine comprising: a droplet measuring device including an image capturing unit that generates a fringe image.
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