JPH0256623B2 - - Google Patents
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- JPH0256623B2 JPH0256623B2 JP56086242A JP8624281A JPH0256623B2 JP H0256623 B2 JPH0256623 B2 JP H0256623B2 JP 56086242 A JP56086242 A JP 56086242A JP 8624281 A JP8624281 A JP 8624281A JP H0256623 B2 JPH0256623 B2 JP H0256623B2
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- steam
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
- G01N21/53—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、蒸気タービン及び蒸気を利用する装
置等において、蒸気の状態量変化によつて生ずる
蒸気流中の湿分、すなわち、蒸気湿り度を測定す
る装置に関するものである。
置等において、蒸気の状態量変化によつて生ずる
蒸気流中の湿分、すなわち、蒸気湿り度を測定す
る装置に関するものである。
蒸気中の湿分は、微小な直径を有する水滴を形
成しており、その直径は１ミクロン・メートル以
下から数百ミクロン・メートルの範囲であり、そ
れぞれの直径における粒数は、ある種の粒度分布
関数で表わされる。このような湿分を含んだ蒸気
を湿り蒸気と称するが、湿り蒸気を利用する機器
及び装置においては、その粒度分布により種々の
弊害が生ずる。その弊害とは、蒸気タービンの場
合、タービン翼及び流路壁の腐食と侵食との原因
となり、さらには、タービン出力の低下を引き起
こすことになる。したがつて、タービン内部を流
動する蒸気の各位置における粒度分布を測定し
て、有害な現象を除外するための方策を施すとと
もに運転状態の蒸気条件を監視することが重要な
課題である。
成しており、その直径は１ミクロン・メートル以
下から数百ミクロン・メートルの範囲であり、そ
れぞれの直径における粒数は、ある種の粒度分布
関数で表わされる。このような湿分を含んだ蒸気
を湿り蒸気と称するが、湿り蒸気を利用する機器
及び装置においては、その粒度分布により種々の
弊害が生ずる。その弊害とは、蒸気タービンの場
合、タービン翼及び流路壁の腐食と侵食との原因
となり、さらには、タービン出力の低下を引き起
こすことになる。したがつて、タービン内部を流
動する蒸気の各位置における粒度分布を測定し
て、有害な現象を除外するための方策を施すとと
もに運転状態の蒸気条件を監視することが重要な
課題である。
蒸気湿り度を測定する方法は、従来から絞り熱
量計法及び加熱熱平衡法が使用されているが、こ
れらの方法は、測定に比較的長時間を要し、特に
流路内の粒度分布を、瞬時に、かつ正確に測定す
ることが難しい嫌いがあつた。
量計法及び加熱熱平衡法が使用されているが、こ
れらの方法は、測定に比較的長時間を要し、特に
流路内の粒度分布を、瞬時に、かつ正確に測定す
ることが難しい嫌いがあつた。
本発明はこれにかんがみなされたもので、その
目的とするところは、上記の従来法の欠点を回避
し、すなわち流路内を流動する湿り蒸気の粒度分
布を瞬時に、かつ正確に測定することのできる蒸
気湿り度測定方法及びその装置を提供するもので
ある。
目的とするところは、上記の従来法の欠点を回避
し、すなわち流路内を流動する湿り蒸気の粒度分
布を瞬時に、かつ正確に測定することのできる蒸
気湿り度測定方法及びその装置を提供するもので
ある。
すなわち本発明は、波長の異なる光を、順次波
長ごとに切換えて蒸気流中に照射し、そのときの
蒸気流中の水滴粒子から散乱する散乱光を、複数
位置で、かつ各波長ごとにとらえ、 各位置における散乱光の強弱から、散乱光理論
によつて粒度分布を求め、 この粒度分布より蒸気湿り度を測定するように
し所期の目的を達成するようにしたものである。
長ごとに切換えて蒸気流中に照射し、そのときの
蒸気流中の水滴粒子から散乱する散乱光を、複数
位置で、かつ各波長ごとにとらえ、 各位置における散乱光の強弱から、散乱光理論
によつて粒度分布を求め、 この粒度分布より蒸気湿り度を測定するように
し所期の目的を達成するようにしたものである。
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。
説明する。
第１図は、本湿り度測定装置の一つの実施例を
示しており、検出器１は円筒状をなすもので、そ
の先端部２が測定すべき蒸気流路中にそう入され
る。検出部１及び先端部２の内部には、蒸気流路
の測定空間Ａに照射する光を導くための光フアイ
バ６と照射された光が蒸気中の水滴によつて散乱
した光を検知するための受光素子１２，１６に導
くための光フアイバ１１，１５がそう入されてい
る。また、先端部２の内部には、光源３，３′お
よび３′，３″等からの光を光スイツチ２３を介し
て光フアイバ６によつて導き、この光を測定空間
Ａに90度偏向させて照射するために、光フアイバ
６の端面に接する状態でプリズム７を配するとと
もに、測定空間Ａを直進した光を受光素子１２に
導くために、光フアイバ１１の端部にプリズム９
を設ける。さらに、測定空間Ａにプリズムまたは
反射鏡７を通して照射された光の通路と直交する
方向の水滴からの散乱光は、受光窓１４を設け、
光フアイバ１５によつて、受光素子１６に導くよ
うになつている。なお、測定空間Ａの蒸気流に接
触するプリズムまたは反射鏡７，９または受光窓
１４の面に水滴が付着して、照射光および散乱光
の透過伝送を阻害することのないように、検知器
１の空洞１７にパージガス１８を供給し、先端部
２の光フアイバをそう入するための孔の内部に設
けられた溝１９を通して、プリズムまたは反射鏡
７，９および受光窓１４の面に沿つて噴出する構
造とする。この場合、プリズムまたは反射鏡７，
９および受光窓１４に噴出するパージガスの速度
が過大になると測定空間Ａの湿り蒸気流を撹乱
し、正常な粒度分布の測定が不可能になるため
に、パージガス１８の圧力は、測定空間Ａの圧力
との差が適正値になるように調整される。
示しており、検出器１は円筒状をなすもので、そ
の先端部２が測定すべき蒸気流路中にそう入され
る。検出部１及び先端部２の内部には、蒸気流路
の測定空間Ａに照射する光を導くための光フアイ
バ６と照射された光が蒸気中の水滴によつて散乱
した光を検知するための受光素子１２，１６に導
くための光フアイバ１１，１５がそう入されてい
る。また、先端部２の内部には、光源３，３′お
よび３′，３″等からの光を光スイツチ２３を介し
て光フアイバ６によつて導き、この光を測定空間
Ａに90度偏向させて照射するために、光フアイバ
６の端面に接する状態でプリズム７を配するとと
もに、測定空間Ａを直進した光を受光素子１２に
導くために、光フアイバ１１の端部にプリズム９
を設ける。さらに、測定空間Ａにプリズムまたは
反射鏡７を通して照射された光の通路と直交する
方向の水滴からの散乱光は、受光窓１４を設け、
光フアイバ１５によつて、受光素子１６に導くよ
うになつている。なお、測定空間Ａの蒸気流に接
触するプリズムまたは反射鏡７，９または受光窓
１４の面に水滴が付着して、照射光および散乱光
の透過伝送を阻害することのないように、検知器
１の空洞１７にパージガス１８を供給し、先端部
２の光フアイバをそう入するための孔の内部に設
けられた溝１９を通して、プリズムまたは反射鏡
７，９および受光窓１４の面に沿つて噴出する構
造とする。この場合、プリズムまたは反射鏡７，
９および受光窓１４に噴出するパージガスの速度
が過大になると測定空間Ａの湿り蒸気流を撹乱
し、正常な粒度分布の測定が不可能になるため
に、パージガス１８の圧力は、測定空間Ａの圧力
との差が適正値になるように調整される。
以上は主に先端部２周辺の構成についての説明
であるが、次に光源、受光素子および測定値の処
理に関する構成について説明する。光源３，３′，
３″（図では３個であるが３個に限定されるもの
ではなく、それ以上であつてもよい）としては発
光ダイオード、またはレーザダイオード等の単波
長で波長の異なる光源が用いられる。この複数個
の光源は、電源切換器２５により順次に電源が供
給されて発光し、電源切換器２５の切換動作と同
期して作動する光スイツチ２３により光源の光が
光フアイバ６に導かれるように構成されている。
尚電源切換器２５は制御器２４からの指令信号に
よつて作動する。このようにして光フアイバ６に
より導かれた光は、測定空間Ａの湿り蒸気流への
入射光となる。入射した光の一部は、測定空間Ａ
内に水滴によつて散乱し、この散乱した光は光フ
アイバ１５によつてフオトダイオード等の受光素
子１６に導かれ、電圧に変換されて散乱光信号IS
として取り出される。また、入射光の他の一部は
測定空間Ａの水滴によつて減衰するが、プリズム
９に到達し、光フアイバ１１によつて受光素子１
６と同様な特性を有する受光素子１２に導かれ
る。この導かれた光は電圧変換され、透過光信号
ITとして取り出される。このようにして得られた
透過光信号ITと散乱光信号IS電圧増幅器２２によ
つて所定の電圧まで増幅されて信号演算処理装置
２７に取り込まれる。この信号演算処理装置２７
の信号取り込み法は、同期器を介して制御器２４
の電源切換え命令を発生させ、電源の切換えによ
る光源の波長が異なる場合の透過光信号ISと散乱
光信号ITとを識別して格納する。
であるが、次に光源、受光素子および測定値の処
理に関する構成について説明する。光源３，３′，
３″（図では３個であるが３個に限定されるもの
ではなく、それ以上であつてもよい）としては発
光ダイオード、またはレーザダイオード等の単波
長で波長の異なる光源が用いられる。この複数個
の光源は、電源切換器２５により順次に電源が供
給されて発光し、電源切換器２５の切換動作と同
期して作動する光スイツチ２３により光源の光が
光フアイバ６に導かれるように構成されている。
尚電源切換器２５は制御器２４からの指令信号に
よつて作動する。このようにして光フアイバ６に
より導かれた光は、測定空間Ａの湿り蒸気流への
入射光となる。入射した光の一部は、測定空間Ａ
内に水滴によつて散乱し、この散乱した光は光フ
アイバ１５によつてフオトダイオード等の受光素
子１６に導かれ、電圧に変換されて散乱光信号IS
として取り出される。また、入射光の他の一部は
測定空間Ａの水滴によつて減衰するが、プリズム
９に到達し、光フアイバ１１によつて受光素子１
６と同様な特性を有する受光素子１２に導かれ
る。この導かれた光は電圧変換され、透過光信号
ITとして取り出される。このようにして得られた
透過光信号ITと散乱光信号IS電圧増幅器２２によ
つて所定の電圧まで増幅されて信号演算処理装置
２７に取り込まれる。この信号演算処理装置２７
の信号取り込み法は、同期器を介して制御器２４
の電源切換え命令を発生させ、電源の切換えによ
る光源の波長が異なる場合の透過光信号ISと散乱
光信号ITとを識別して格納する。
このような本発明の蒸気湿り度測定装置は、測
定空間Ａにおいて湿り蒸気流中に存在する水滴群
の散乱光に関する波長依存性を利用するものであ
り、信号演算処理装置２７に波長別に取り込まれ
た透過光信号ITおよび散乱光信号ISを解析するこ
とによつて水滴群の粒度分布が得られる。したが
つて、信号演算処理装置２７は、一般に使用され
ている電子計算器を有し、信号を解析して粒度分
布を算定できるソフト・ウエアを内蔵できる機能
を有するものである。また、水滴群の波長依存性
に関する信号から粒度分布を解析的に抽出する演
算手法は、多くの研究論文が発表されているので
説明を省略する（例えば、高橋幹二著、基礎エア
ロゾル工学、養堅堂、昭和53年度版）。
定空間Ａにおいて湿り蒸気流中に存在する水滴群
の散乱光に関する波長依存性を利用するものであ
り、信号演算処理装置２７に波長別に取り込まれ
た透過光信号ITおよび散乱光信号ISを解析するこ
とによつて水滴群の粒度分布が得られる。したが
つて、信号演算処理装置２７は、一般に使用され
ている電子計算器を有し、信号を解析して粒度分
布を算定できるソフト・ウエアを内蔵できる機能
を有するものである。また、水滴群の波長依存性
に関する信号から粒度分布を解析的に抽出する演
算手法は、多くの研究論文が発表されているので
説明を省略する（例えば、高橋幹二著、基礎エア
ロゾル工学、養堅堂、昭和53年度版）。
次に本発明の他の実施例を第２図に示す。本実
施例は第１図に示した本発明の蒸気湿り度測定装
置において、先端部２の構造と入射光、透過光１
０および散乱光１３に関する光フアイバの構成を
変えものであり、その他の部分は第１図のものと
まつたく同一である。
施例は第１図に示した本発明の蒸気湿り度測定装
置において、先端部２の構造と入射光、透過光１
０および散乱光１３に関する光フアイバの構成を
変えものであり、その他の部分は第１図のものと
まつたく同一である。
すなわち円筒状の本体１の中央部に入射光５５
を導くための光フアイバ５２が配置され、その両
側に散乱光５６を受光素子に導くための光フアイ
バ５３と散乱光５７を受光素子に導くための光フ
アイバ５４とが配置されている。先端部５１にお
いては、測定空間Ｂ（湿り蒸気流は紙面に直角方
向とする）に入射する入射光I0が空記Ｂの水滴群
によつて散乱する前方散乱光ITと後方散乱光ISと
を検出するために、前方散乱光ITを検出する光フ
アイバ５３の端面６０を空間Ｂで後方散乱光ISを
受光素子に導くための光フアイバ５４の端面６１
と対向するように配置する。このため光フアイバ
５３は第２図の６２で示すようにＵ字状に転向さ
せる。一方、入射光I0は端面６０と６１を結ぶ線
６３に対して角度θの斜め方向から空間Ｂに入射
するように、光フアイバ５２の先端を端面６４の
ように傾斜させる。この入射光I0の傾斜角θは
10゜から30゜の範囲とし、空間Ｂ内を流動する湿り
蒸気中の水滴群に照射する。この場合、入射光I0
は第１図で説明したのと同様な手法によつて、波
長の異なる発光ダイオードまたはレーザダイオー
ドを順次に切換えて、それに応じた前方散乱光IT
および後方散乱光ISを光フアイバ５３，５４によ
つて受光素子に導き、それ以外の手法、構成は第
１図と全く同様なものである。
を導くための光フアイバ５２が配置され、その両
側に散乱光５６を受光素子に導くための光フアイ
バ５３と散乱光５７を受光素子に導くための光フ
アイバ５４とが配置されている。先端部５１にお
いては、測定空間Ｂ（湿り蒸気流は紙面に直角方
向とする）に入射する入射光I0が空記Ｂの水滴群
によつて散乱する前方散乱光ITと後方散乱光ISと
を検出するために、前方散乱光ITを検出する光フ
アイバ５３の端面６０を空間Ｂで後方散乱光ISを
受光素子に導くための光フアイバ５４の端面６１
と対向するように配置する。このため光フアイバ
５３は第２図の６２で示すようにＵ字状に転向さ
せる。一方、入射光I0は端面６０と６１を結ぶ線
６３に対して角度θの斜め方向から空間Ｂに入射
するように、光フアイバ５２の先端を端面６４の
ように傾斜させる。この入射光I0の傾斜角θは
10゜から30゜の範囲とし、空間Ｂ内を流動する湿り
蒸気中の水滴群に照射する。この場合、入射光I0
は第１図で説明したのと同様な手法によつて、波
長の異なる発光ダイオードまたはレーザダイオー
ドを順次に切換えて、それに応じた前方散乱光IT
および後方散乱光ISを光フアイバ５３，５４によ
つて受光素子に導き、それ以外の手法、構成は第
１図と全く同様なものである。
なお、本発明においては、この蒸気湿り度装置
によつて、水滴群の粒度分布を求めるが、さらに
この粒度分布から湿り度、すなわち、水滴の質量
濃度を求めたい場合には測定空間Ａ，Ｂにおける
温度、圧力、流速などの蒸気および水滴の状態量
を決定するためのデータが必要になるが、このた
めの温度計（熱電対）、圧力測定孔は第１図の先
端部２、第２図の先端部５０の形状が円筒状であ
るために、熱電対の設置は通常の流体計測の手法
を利用することが可能であり、また圧力、流速の
測定は、測定空間Ａ，Ｂに関して紙面に直角に湿
り蒸気が流れているから先端部の円筒形状を利用
して、一般に使用されている圧力、流速および流
れの方向測定用の３孔円筒ピトー管の構造とすれ
ばよい。尚これらの圧力、温度および流速の測定
に関する構造は、第１図、第２図に示した本発明
の範囲に通常の機能を付加するのみであるために
明記することを省略している。しかし、参考まで
に第１図の信号演算処理装置２７には温度、圧力
のデータが４０と４１として記載されている。
によつて、水滴群の粒度分布を求めるが、さらに
この粒度分布から湿り度、すなわち、水滴の質量
濃度を求めたい場合には測定空間Ａ，Ｂにおける
温度、圧力、流速などの蒸気および水滴の状態量
を決定するためのデータが必要になるが、このた
めの温度計（熱電対）、圧力測定孔は第１図の先
端部２、第２図の先端部５０の形状が円筒状であ
るために、熱電対の設置は通常の流体計測の手法
を利用することが可能であり、また圧力、流速の
測定は、測定空間Ａ，Ｂに関して紙面に直角に湿
り蒸気が流れているから先端部の円筒形状を利用
して、一般に使用されている圧力、流速および流
れの方向測定用の３孔円筒ピトー管の構造とすれ
ばよい。尚これらの圧力、温度および流速の測定
に関する構造は、第１図、第２図に示した本発明
の範囲に通常の機能を付加するのみであるために
明記することを省略している。しかし、参考まで
に第１図の信号演算処理装置２７には温度、圧力
のデータが４０と４１として記載されている。
以上説明してきたように、本発明は、波長の異
なる光を、受光側に同期した光スイツチにより順
次波長ごとに切換えて蒸気流中に照射し、そのと
きの蒸気流中の水滴粒子から散乱する散乱光を、
複数位置で、かつ各波長ごとに受光手段によりと
らえ、各位置及び各波長における散乱光の強弱か
ら、散乱光理論によつて粒度分布を求め、この粒
度分布により蒸気湿り度を測定するようになした
から、すなわち光の波長を変化させた場合の散乱
光の強度情報から、すでに定式化されている散乱
光理論によつて粒度分布を求めるので、瞬時に、
かつ正確に粒度分布を求めることができる。
なる光を、受光側に同期した光スイツチにより順
次波長ごとに切換えて蒸気流中に照射し、そのと
きの蒸気流中の水滴粒子から散乱する散乱光を、
複数位置で、かつ各波長ごとに受光手段によりと
らえ、各位置及び各波長における散乱光の強弱か
ら、散乱光理論によつて粒度分布を求め、この粒
度分布により蒸気湿り度を測定するようになした
から、すなわち光の波長を変化させた場合の散乱
光の強度情報から、すでに定式化されている散乱
光理論によつて粒度分布を求めるので、瞬時に、
かつ正確に粒度分布を求めることができる。
第１図は本発明の一実施例である蒸気湿り度測
定装置の縦断面図、第２図は本発明の他の実施例
である蒸気湿り度測定装置の縦断側面図である。 １……検出器、６，１１，１５……光フアイ
バ、３，３′，３″……光源、１２，１６……受光
素子、２３……光スイツチ、７，９……プリズ
ム、反射鏡、１４……受光窓、２４……制御器、
２５……電源切換器、２７……演算処理装置。
定装置の縦断面図、第２図は本発明の他の実施例
である蒸気湿り度測定装置の縦断側面図である。 １……検出器、６，１１，１５……光フアイ
バ、３，３′，３″……光源、１２，１６……受光
素子、２３……光スイツチ、７，９……プリズ
ム、反射鏡、１４……受光窓、２４……制御器、
２５……電源切換器、２７……演算処理装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 波長の異なる光を、順次波長ごとに切換えて
蒸気流中に照射し、 そのときの蒸気流中の水滴粒子から散乱する散
乱光を、複数位置で、かつ各波長ごとにとらえ、 各位置における散乱光の強弱から、散乱光理論
によつて粒度分布を求め、 該粒度分布より蒸気湿り度を測定するようにし
たことを特徴とする蒸気湿り度測定方法。 ２ 波長の異なる光を発する光源と、 該光源の光を波長ごとに切換え、所望の波長を
有する光を蒸気流中へ投入する光スイツチと、 被測定蒸気流の周囲に、前記投入光の軸心と
夫々異なつた角度をもつて複数個配置され、前記
蒸気流中を貫通、若しくは蒸気粒子にて反射した
光を受ける受光素子と、 前記夫々の受光素子の異波長光における夫々の
出力信号を取り込み、これらの信号にて散乱光理
論により蒸気流中の粒度分布を計算し、かつこの
粒度分布より蒸気湿り度を計算する演算処理装置
と、 該演算処理装置の取り込み信号と前記光スイツ
チとを光の波長ごとに同期させる同期装置と、 を備えてなる蒸気湿り度測定装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56086242A JPS57199943A (en) | 1981-06-03 | 1981-06-03 | Measuring device for wetness of steam |
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