JPS61134644A - Steam monitor equipment of steam turbine - Google Patents

Steam monitor equipment of steam turbine

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JPS61134644A
JPS61134644A JP59257924A JP25792484A JPS61134644A JP S61134644 A JPS61134644 A JP S61134644A JP 59257924 A JP59257924 A JP 59257924A JP 25792484 A JP25792484 A JP 25792484A JP S61134644 A JPS61134644 A JP S61134644A
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Japan
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steam
steam turbine
light
optical fiber
irradiation
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JP59257924A
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Japanese (ja)
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Kyoichi Tatsuno
恭市 辰野
Toshiya Umeda
梅田 利也
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0205Investigating particle size or size distribution by optical means

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure distribution of a grain diameter and grain density of a waterdrop within a steam turbine accurately by constituting a probe with the tip part of an optical fiber for irradiation, an optical system and the tip part of an optical fiber for photodetection. CONSTITUTION:Monochromatic laser light emitted from a laser light source is led into the optical fiber 4 for irradiation and covered by a light shielding pipe 25 and formed of a collimated laser beam of a prescribed cross section by a collimator lens 27 via the tip part of the fiber 4 bent in U-shape so as to turn the proceeding or the laser light by 180 deg.. Then, when the laser light C is irradiated on a measuring area P passing through the optical system, the laser light C is scattered by steam R to be measured and made incident on each of the optical fibers 51-5n for photodetection as the scattered light C' taking a task of measuring information. The scattered light C' at each scattered angle led to the outside of the steam turbine by each of the fibers 51-5n is converted photoelectrically by a detector and inputted to an arithmetic unit and the distribution of the grain diameter and the grain density of the waterdrop within the steam turbine are calculated.

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、動翼の浸姓状態を蒸
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。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a steam turbine in which the efficiency of a steam turbine and the immersion state of rotor blades are determined and monitored from the particle size distribution and particle density of water droplets in the steam. The present invention relates to a turbine steam monitoring device.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

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って運転
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。
Commercial thermal power turbines, nuclear power turbines, geothermal turbines, etc. are operated using so-called wet steam, which contains 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.

ところが、従来は、水滴の量を正確に測定し得る手段が
存在しなかったため、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った。
However, in the past, there was no way to accurately measure 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. .

一方、この種の蒸気タービンでは蒸気に含まれる水滴が
1IIJIllの浸蝕をもたらすという問題がある。
On the other hand, this type of steam turbine has a problem in that water droplets contained in the steam cause 1IIJIll of corrosion.

このような!F!1mの浸旭を防止するには、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@ (lilIX−
Fl、、工え工お、ユお、5うぇ、あ。8、 1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ったり、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。
like this! F! In order to prevent flooding of 1 meter, 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. Allowing erosion of rotor blades under design operating conditions @ (lilIX-
Fl,, mechanic o, yuo, 5 uh, ah. 8.1 If the matching between the turbine inlet steam condition and the load is insufficient during partial load operation or load fluctuations, or if the steam condition fluctuates transiently, the steam humidity may increase abnormally, etc. This may lead to excessive erosion of the rotor blades.

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った。
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.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

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。
The present invention was made based on these facts,
An object of the present invention is to provide a steam monitoring device for a steam turbine that can monitor the efficiency of the steam turbine and the corrosion state of the rotor blades by understanding the particle size distribution and particle density of water droplets in the steam.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

一般に、粒径り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1 (D
、θ)は、ミー(Mie)散乱理論によって正確に計算
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、 T  (D)  −f  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。
In general, when a spherical particle with a particle diameter is irradiated with parallel monochromatic light such as a laser beam, the scattered light intensity 1 (D
, θ) can be accurately calculated by Mie scattering theory. Based on this, the present applicant calculated the scattering light intensity i (D, θ) of one particle based on the scattering theory of the laser light irradiated onto the particle group to be measured and the particle size distribution nr (D). In between, T (D) − f i (D, θ)nr
Based on the fact that the following relationship (D)dD・ (1) holds, a particle size measuring device for determining the particle size distribution nr (D) was proposed.

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、照射用光ファイバおよ
び複数の受光用光ファ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ァイバを介
してレーザ光を導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
光用光ファイバで蒸気タービンの外部に導き、ざらにこ
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
光ファ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ァ
イバの先端部と、この照射用光ファ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ァイバの先端部
からなることを特徴としている。
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, in the present invention, a probe that can be inserted into 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, and the irradiation optical fiber is attached to this probe. A laser beam is guided and irradiated onto the steam to be measured through the steam to be measured, and the scattered light at each scattering angle of the scattered light scattered by the steam to be measured is guided to the outside of the steam turbine through the light-receiving optical fiber, and the scattered light is roughly collected. A scattered light intensity distribution signal is obtained by receiving light, and a particle size distribution and a particle density are calculated from this scattered light intensity distribution signal. The probe adjusts the traveling direction of the laser light traveling within the irradiation optical fiber by 180 degrees.
a tip of the light irradiation fiber bent into a U-shape as if rotated; an optical system that shapes the light emitted from the tip of the irradiation optical fiber and irradiates the vapor to be measured; It is characterized by comprising the tip of the light-receiving optical fiber facing the system.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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。
According to the present invention, since the particle size distribution and particle density of water droplets in a steam turbine can be accurately measured, the turbine efficiency and the erosion state of the rotor blades can be constantly and quantitatively monitored.

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
ファ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。
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 fibers. 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.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A steam monitoring device for a steam turbine according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図において、1は湿り蒸気で運転される監視対染と
なるべき蒸気タービンである。本実施例に係る蒸気監視
Vi@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Lと、装置本体3−と、これらプローブL
と装置本体Ω−とを光学的に連結する照射用光ファイバ
4および複数の受光用光ファイバ51.52.53 、
・・・、5nからなるケーブル旦−と、上記装置本体1
から前記プローブ、?−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。受光用光ファイバ5
1〜5nは、例えば口径が100.以上の大口径光フフ
イバであることが望ましい。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a steam turbine which is operated with wet steam and is to be used as a monitoring countercontamination. The steam monitoring Vi@ according to this embodiment includes a probe L whose tip is inserted into the steam turbine 1, a device main body 3-, and these probes L.
an irradiation optical fiber 4 and a plurality of light receiving optical fibers 51, 52, 53, which optically connect the device body Ω- to the irradiation optical fiber 4;
. . ., a cable connector consisting of 5n, and the device main body 1
Said probe, from? - an air pipe 7.8 for sending air to. Optical fiber for light reception 5
1 to 5n have a diameter of, for example, 100. It is desirable that the optical fiber be a large-diameter optical fiber with a diameter larger than that.

装置本体りは、照射用光ファイバ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ァイバ4の入射
端に集光するレンズ12と、受光用光    1ファイ
バ51〜5nの出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ィルタ131 
、132 、13!、・・・、13nと、これら干渉フ
ィルタ131〜13nを透過した光を受光して光電変換
するフォトディテクタ14. 、142 、143、・
・・、14nと、これらフォトディテクタ141〜14
nの出力を所定の増幅率で増幅する増幅器151゜15
2 、153 、・・・、15nと、これら増幅器15
t〜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
ッサ17とで構成されている。
The main body of the device is connected to a probe via an optical fiber 4 for irradiation.
A laser light source 11 that supplies monochromatic laser light to 2-, a lens 12 that focuses the light from the laser light source 11 onto the input end of the irradiation optical fiber 4, and an output end of the light receiving light 1 fibers 51 to 5n. An interference filter 131 that transmits light of a specific wavelength to be subjected to measurement among the light emitted from the
, 132 , 13! , . . . , 13n, and a photodetector 14. which receives the light transmitted through these interference filters 131 to 13n and photoelectrically converts it. , 142 , 143,・
..., 14n, and these photodetectors 141 to 14
An amplifier 151゜15 that amplifies the output of n at a predetermined amplification factor.
2, 153,..., 15n and these amplifiers 15
an arithmetic device 16 that inputs the output signals from t to 15n and calculates the particle size distribution and particle density of water droplets of the steam to be measured;
A compressor 17 is connected to one end of the air pipe 7.8.

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、照射用光ファイ
バ4および受光用光ファイバ51〜5nの先端部を纒め
て収容するファイバ収容管である。このファイバ収容管
21は、その先端部に照射用光ファイバ4の先端部が貫
通し得る孔22と後述するところの開口部23とを有す
るとともに先端側に延びる支持腕24を突設したものと
なっている。
Further, the probe 2 is specifically constructed as shown in FIG. That is, numeral 21 in the figure is a fiber housing tube that collectively accommodates the tips of the irradiation optical fiber 4 and the light receiving optical fibers 51 to 5n. This fiber accommodation tube 21 has a hole 22 at its distal end through which the distal end of the irradiation optical fiber 4 can pass, and an opening 23 to be described later, and a support arm 24 extending toward the distal end side is provided in a protruding manner. It has become.

前記照射用光ファイバ4の先端部は、前記孔22を貫通
して光ファイバ収容管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ァイバ収容管21の開口部2
3に向けて出射する如く取付は板26を介して前記支持
腕24に固定されている。照射用光ファイバ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21が設けられている。
The distal end of the irradiation optical fiber 4 passes through the hole 22 and extends from the distal end of the optical fiber housing tube 21, is covered with a flexible light-shielding tube 25, and the distal end is rotated 180@. , the laser beam is transmitted to the opening 2 of the optical fiber housing tube 21.
The attachment is fixed to the support arm 24 via a plate 26 so that the light beam is emitted toward the support arm 24. A collimator lens 21 is provided at the tip of the irradiation optical fiber 4 for shaping the laser beam emitted therefrom into a parallel beam.

このコリメータレンズ21と照射用光ファイバ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
一方を正肉に、また他方を薄肉に形成した中空環状体3
1の孔32の内面でかつ正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ってい
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
ンプレッサ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を噴出すことによって前記孔32
にエアーカーテンを形成し得るものとなっている。
The collimator lens 21 and the tip of the irradiation optical fiber 4 are housed inside the cylinder 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 hollow annular body 3 having a regular thickness on one side in the radial direction and a thin thickness on the other side.
An air ejection port 33 extending in the circumferential direction is formed on the inner surface of the hole 32 of No. 1 and at a portion located at the full thickness portion. Then, air A is introduced from the compressor 17 through an air pipe 7 connected to a thin wall portion of the outer peripheral surface of the hollow annular body 31, and the air A is jetted from the air jet port 33. The hole 32
It is possible to form an air curtain.

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
21との間の相対位置は支持板26.35を支持@24
に固定するねし36.37によって調整可能となってい
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m側の開口部39から光を出射するも
のとなっている。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には前記エアーバイブ8の一端部が接続されて
いる。
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 21 is such that the support plate 26.35 is
It can be adjusted by screws 36 and 37 that are fixed to. The optical shield 34 introduces light into the interior through an opening 38 on the proximal end side and outputs the light through an opening 39 on the forward m side. 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. On the side of the optical shield 34,
An introduction hole 40 for introducing air is provided, and one end of the air vibe 8 is connected to this introduction hole 40.

光フフイバ収容管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、内部に受光用光ファイバ51〜5nの受光端部
を前記測定領域Pから等距離で、かつ散乱角O°、θ工
、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によって
決定される。なお、光ファイバ収容管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。
The opening 23 of the optical fiber housing tube 21 faces the output end of the optical shield 34 via the measurement area 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 51 to 5n are placed inside the opening 23 at an equal distance from the measurement area P and at scattering angles O° and θ. Engineering, θ2. . . . is arranged at a position of θn-1. Their relative positions are determined by the support member 41. Note that the opening 23 of the optical fiber accommodation tube 21
The inner surface (portion Q surrounded by a dashed line in FIG. 2) is coated with black matte coating to prevent stray light.

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。
Next, the operation of the steam monitoring device according to this embodiment configured as described above will be explained.

レーザ光源11の発掘によっ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ァイバ4内に導かれ、
コリメータレンズ21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
泡等によっ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。したがって
、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。
Monochromatic laser light generated by excavation of the laser light source 11 is guided into the irradiation optical fiber 4 via the lens 12,
A collimator lens 21 forms a parallel laser beam with a predetermined cross-sectional area. At this time, scattered light may be generated due to internal bubbles of 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.

&Z’5T:、:]IJゝ−″I、i>:に27(DU
RWants@   1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
って、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
プレッサ17からエアーAを送り込み、環状部材29に
あっではエアーカーテンを形成することによって、また
光学的遮蔽体34にあっては内部からのエアーの噴出し
によって、孔32や開口部38.39に付着する水滴を
除去することができる。
&Z'5T:,:]IJゝ-"I,i>:27(DU
The light exit end of the RWants@1 body 28, the opening 38, 39 of the optical shield 34, is in contact with the steam. Therefore, there is a possibility that water droplets in the steam may adhere to these parts and impede the progress of the laser beam. However, in the present embodiment, air A is sent from the compressor 17 into the inside of the annular member 29 and the optical shield 34, and an air curtain is formed around the annular member 29. Water droplets adhering to the holes 32 and openings 38 and 39 can be removed by blowing out air from inside.

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によって散乱され、測定情報を担った散乱光C
′として各受光用光ファイバ51〜5nに入射される。
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.
' is inputted into each of the light receiving optical fibers 51 to 5n.

各受光用光ファイバ51〜5nによって蒸気タービン1
の外部に導かれた各散乱角における散乱光C′は、干渉
フィルタ131〜13nを透過してディテクタ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1r  (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
って粒径分布nr  (D>を算出する。
The steam turbine 1 is connected to each light receiving optical fiber 51 to 5n.
Scattered light C' at each scattering angle guided to the outside passes through interference filters 131 to 13n to detectors 141 to
14n, the signal is photoelectrically converted, and further amplified by amplifiers 151 to 15n, and then input to the arithmetic unit 16 as a scattered light intensity distribution signal 1r (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).

ところで、上記散乱光強度分布信号1r  (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、f nr
  (D) dD=1 −17)となるように規感化し
ている。絶対的な粒径分布n(D)と粒子密度Nth 
とは次のような方法によって算出することができる。
By the way, since the scattered light intensity distribution signal 1r (θ) is a relative value, the particle size distribution nr (D) is also a relative value. Here, the particle size distribution nr (D) is expressed as f nr
(D) It is normalized so that dD=1 −17). Absolute particle size distribution n(D) and particle density Nth
can be calculated by the following method.

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/尻)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って、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1m (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to  (θ)を散乱理
論に基づいて計算しておき、 K(θ)=Ip(θ)/Is  (θ)・・・(3なる
較正係数K(θ)を求めておけば、実際の訓定値1r 
 (θ)から、 I(θ)−K(θ)・[−r(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、■(θ)は、工(θ)= ノ°’ (I
 i n  exp (−XNOfc(D)nr(Dl
dD 〕・、/’i(D、θ)@π82N、nr(Dl
dDldX−(51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。したがって、前記(由式を用いて変換した値I
(θ)を(51式の左辺に代入し、(5式をNoについ
て解けば、粒子密度N++が求まる。したがって、 n  (D)  −No  −nr  (D)   ”
(6)なる式によって、絶対的な粒径分布n(D)も算
出される。
One method is to use the measured relative scattered light intensity distribution Ir
This is a method of converting (D) into a scattered light intensity distribution I(θ) expressed in terms of absolute intensity (light energy density W/end). That is, first, prior to measuring the vapor to be measured, a laser beam is irradiated onto a group of particles whose particle size distribution and particle density are known, and the scattered light intensity distribution 1 m (θ) is measured. On the other hand, the theoretical scattered light intensity distribution to (θ) by this particle group is calculated based on scattering theory, and is calculated as follows: K(θ)=Ip(θ)/Is(θ)...(3 calibration coefficient K( θ), the actual training value 1r
(θ), the absolute scattered light intensity distribution I(θ) can be determined using the following formula: I(θ)−K(θ)·[−r(θ) (4). Here, considering the attenuation of the incident light incident on the measurement area P, ■(θ) is expressed as
in exp (-XNOfc(D)nr(Dl
dD]・, /'i(D, θ)@π82N, nr(Dl
dDldX-(51). However, L: Scattered optical path length iin; Incident light intensity C(D): Scattered cross section B: Radius of the irradiation beam. value I
By substituting (θ) into the left side of Equation 51 and solving Equation 5 for No, the particle density N++ can be found. Therefore, n (D) −No −nr (D) ”
The absolute particle size distribution n(D) is also calculated using the equation (6).

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=■out(θ)/l1n(θ) は、 E==exp(−Lfc(DIN6ny(D)dDl 
  +・+  (71で表わすことができる。(7)式
をNoについて解けば、粒子密度が求まる。以下は同様
である。
Another method is to measure transmittance. That is, the measured transmittance E=■out(θ)/l1n(θ) is E==exp(-Lfc(DIN6ny(D)dDl
+・+ (Can be expressed as 71. Particle density can be found by solving equation (7) for No. The same applies below.

以上の演算によって演算装置16は、粒径分布n(D)
および粒子密度Noを算出し、たとえば図示しないディ
スプレイ装置または制御装置にその結果を送出する。
Through the above calculation, the calculation device 16 calculates the particle size distribution n(D)
Then, the particle density No. is calculated, and the result is sent to, for example, a display device or a control device (not shown).

なお、蒸気タービンの蒸気湿り度Hは、H=WI /W
b     ・・181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、全蒸気の重ざWbが求まる。そして
、本実施例装置によって粒径分布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。
In addition, the steam humidity H of the steam turbine is H=WI/W
b...Indicated by 181. 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 Wb of the total steam can be determined. Since the particle size distribution n(D) is determined by the device 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.

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、
受光用光ファイバ51〜5nとして、大口径ファイバを
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
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- only slightly into the steam turbine 1, so that it is possible to install the probe 2- only slightly into the steam turbine 1 through one insertion port. It becomes possible to perform measurements under different environments. Also,
Since large-diameter fibers are used as the light-receiving optical fibers 51 to 5n, there is no need for a condensing lens, which contributes to miniaturization of the probe 2-.

また、本実施例では、光ファイバ収容管21の開口部2
3に施された艶消し塗装や光学的遮蔽体34等によって
、測定のノイズ成分となる散乱光の発生、影響を有効に
排除することができ、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って閉
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。
Further, in this embodiment, the opening 2 of the optical fiber accommodation tube 21
The matte coating applied to 3, the optical shield 34, etc. can effectively eliminate the generation and influence of scattered light that becomes a noise component in measurement, and highly reliable monitoring can be performed. 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, and the progress of light is disturbed. can be prevented.

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。
In this way, according to this embodiment, extremely great effects can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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(1))は断面図、同図(C)は正面図である。 1・・・蒸気タービン1.?−・・・プローブ、L−・
・装冒本体、4・・・照射用光ファイバ、51〜5n・
・・受光用光ファイバ、6・・・ケーブル、7,8・・
・エアーパイプ、131〜13n・−・干渉フィルタ、
141〜13n・・・ディテクタ、21・・・光ファイ
バ収容管、23・・・開口部、24・・・支持腕、25
・・・遮光バイブ、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. 3 is an annular member in FIG. 2. FIG. 3A is a perspective view, FIG. 1C is a cross-sectional view, and FIG. 1C is a front view. 1...Steam turbine 1. ? -...probe, L-...
- Equipment body, 4... Optical fiber for irradiation, 51 to 5n.
... Optical fiber for light reception, 6... Cable, 7, 8...
・Air pipe, 131~13n---Interference filter,
141-13n...detector, 21...optical fiber accommodation tube, 23...opening, 24...support arm, 25
...Light-shielding vibe, 26.35...Support plate, 27...
-Collimator lens, 29... annular member, 33...
Air outlet, 34... Optical shield, P... Measurement area.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)蒸気タービンの外部に設置されたレーザ光源と、
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ァイバおよび
この光照射光ファ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
の受光用光ファイバからなるケーブルと、前記複数の受
光用光ファイバを介して前記蒸気タービンの外部に導か
れた前記各散乱角筒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、前記照射用光ファイバ内を進行す
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ァイバの先端部と、この
照射用光ファ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
る前記受光用光ファ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。
(1) A laser light source installed outside the steam turbine,
An irradiation optical fiber is formed at its tip to be inserted into the steam turbine, and an irradiation optical fiber that guides the laser light from the laser light source into the steam turbine. a cable consisting of a plurality of light-receiving optical fibers that receive the scattered light guided by the steam to be measured and irradiated to the steam to be measured at each scattering angle and guide it to the outside of the steam turbine; a photodetector that receives the scattered light of each of the scattering tubes guided to the outside of the steam turbine through the photodetector and outputs the scattered light intensity distribution signal as a scattered light intensity distribution signal; and a scattered light intensity distribution signal output from the photodetector. and a calculation device for calculating the particle size distribution and particle density of the vapor to be measured from the irradiation optical fiber. an optical system that shapes the light emitted from the optical fiber for irradiation and irradiates it onto the vapor to be measured; and an optical system that faces the optical system for receiving light. A steam monitoring device for a steam turbine, characterized in that it is made of a tip of an optical fiber.
(2)前記光学系は、前記光照射用ファイバの先端部か
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。
(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 aperture 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 a shielding body.
(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。
(3) The 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. Steam monitoring equipment.
(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
っ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。
(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)前記受光用光ファ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。
(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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63199055U (en) * 1987-06-15 1988-12-21
JP2009275656A (en) * 2008-05-16 2009-11-26 Toshiba Corp Droplet measuring device in steam turbine, and droplet measuring method
JP2010237092A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Toshiba Corp Droplet measuring apparatus and method in steam turbine
JP2012103254A (en) * 2010-11-12 2012-05-31 General Electric Co <Ge> Method and system for monitoring steam weight rate

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