JPS629253A - 湿り蒸気の乾き度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管内を送給される湿り蒸気の乾き度を測定す
る方法に関する。

〔従来技術〕

湿り蒸気の乾き度は、たとえば蒸気タービン等の運転に
際して重要な管理対象となっている。蒸気タービンにお
いては、タービンにて使用後の蒸気は湿り蒸気となって
排気されるが、この湿り蒸気中の飽和蒸気は凝結水発生
の原因となり、またタービンの金属部材等の腐食を進行
させる原因ともなっていた。

またタービンのみに限らず、他にたとえば蒸気圧を利用
して真空を発生させる蒸気エジェクタ等の装置において
は、発生された真空の真空度が蒸気の湿り度に大きく影
響されることは明らかである。

このような事情から、蒸気タービンの排気等を対象とし
て蒸気の乾き度の測定が行われるのであるが、従来はた
とえば、蒸気の断熱容器内での水との熱交換量を測定し
てその蒸気の比エンタルピを求め、これを基に乾き度を
求めるという方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、たとえば上述のような従来の湿り蒸気の乾き度
測定方法では、実際の測定に際しては蒸気配管から断熱
容器へ蒸気を取出す必要があるため、蒸気配管の任意の
位置の蒸気の乾き度を測定することは困難である。また
測定対象の蒸気の重量、即ち断熱容器内での水との熱交
換量が測定された蒸気の重量がデータとして必要となる
が、測定対象の蒸気が乾き度を測定すべき、即ち乾き度
が未知の湿り蒸気であるため、その容積は容易に測定可
能であっても、重量を測定することは非常に困難であり
、実用には難点があった。換言すれば、現実には湿り蒸
気の容積と重量及びその温度が判明すればその蒸気の乾
き度も判明するのであり、ｆ４＋！り蒸気の重量を容易
かつ正確に求め得ないという点に従来技術の問題が存在
しているのである。

従って従来の蒸気タービン、蒸気エジェクタ等の蒸気を
動作流体とする装置ではその性能の日常的管理に際して
、装置面の管理が優先され、蒸気の質はあまり顧みられ
ることが無かった。即ち、具体的にはたとえば、装置が
予定の性能を発揮しないような場合等には、機械的な構
造にまずその原因が求められた後、機械的な面での問題
が発見されない場合に蒸気の質（乾き度）にその原因が
ある、という方向で結論付けられることが多く、蒸気を
動作流体とする装置の性能改善が充分に行われ得ないの
が実情である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の如き問題点に鑑みてなされたものであり
、乾き度の測定対象である蒸気が送給される管の適宜位
置にて管内に翼を設け、管内を送給される蒸気によりこ
の翼に作用する揚力を測定し、また管内の蒸気の重量流
量を検出し、これらを基に翼及び蒸気に関する既知の諸
元とから管内を送給される蒸気の乾き度を求めることに
より、蒸気配管の任意の位置にて、蒸気配管から蒸気を
取出すことなく、蒸気量及びその乾き度を容易且つ正確
に測定し得る湿り蒸気の乾き度測定方法の提供を目的と
する。

本発明は、管内を送給される湿り蒸気の乾き度を測定す
る方法において、前記湿り蒸気による揚力が作用される
べくなした翼を前記管内に設け、この翼に作用する揚力
りを測定すると共に、前記管内を送給される蒸気の重量
流量Ｇを検出し、蒸気の乾き度Ｘを下記式 ％式％ Ｇ：蒸気の重量流量 Ａ：管の断面積。

Ｖ″：湿り蒸気と同温度の乾き飽和 、　　蒸気の比容積 Ｓ：翼断面積 にて求めることを特徴とする。

〔発明の原理〕

まず、本発明の具体的実施例について説明する前に、本
発明の原理について説明する。

第１図は蒸気配管Ｐの適宜位置に設置された揚力測定装
置ｌの構成を示している。この揚力測定装置ｌの構成自
体については〔実施例〕の項において詳述するが、白抜
き矢符の如く流体（後述する実施例では湿り蒸気ＭＶ）
が送給されると、管Ｐ内に突没する伏態で設けられた１
２には揚力Ｉ、が作用する。この翼２に作用する揚力■
、は、ロッド５にて翼２と連結されている管外の揚力測
定部３によりロッド５が受ける力、具体的にはロッド５
が管Ｐの内部方向へ引張される力を検出することにより
＆ＩＪ定可能である。

なお、この翼２に作用する揚力Ｉ７は下記（１）式にて
与えられる。

Ｌ＝ＣＬ・Ｔ・ｖ２　・Ｓ　・（１） ｇ 但し、　ＣＬ二翼２の揚力係数 ｇ：重力加速度 γ：湿り蒸気ＷＶ蒸気の比重量 Ｖ：湿り蒸気−Ｖの流速 ｓ：！ｉ！２の断面積 上記＋１１式において、揚力係数ＣＬ、重力加速度ｇ、
翼断面積Ｓは公知、または適宜の方ン夫により実ｉ１＋
１しあるいは実験することによりその（Ａを既知とする
ことが可能であるが、湿り蒸気−Ｖの比重量γ、湿り蒸
気−Ｖの流速Ｖは未知である。

これらのニ一つの未知数の内、湿り蒸気−Ｖの流速■に
関しては、湿り蒸気−Ｖが送給される管Ｐの断面積をＡ
、湿り蒸気−Ｖの比容積をＶ、湿り蒸気ＷＶの重量流量
をＧとすると、 Ｖ−Ａ　・−＝Ｇ ■ 即′ら、 ■ ■　＝　Ｇ　・　− の関係が成立するが、第１図に示す如く翼２にて測定す
る場合には偏流係数ｋにて補正した下記（２）式が湿り
蒸気匈νの流速Ｖを表すことになる。

Ｖ＝ｋ　　・　Ｖ　　・（２） ところで、上記（２）式において比容積Ｖは湿り蒸気の
比容積であるが、湿り蒸気の比容積Ｖは、前述の〔従来
例〕の項にて説明した如く、その乾き度Ｘが判明してい
なければ求めることは容易でなく、従って（２）式はそ
のままでは使用できない。

乾き度Ｘの湿り蒸気−Ｖにおいて、同一圧力、同ｒ／、
＆度の飽和水の比容積をｖ′、乾き飽和蒸気の比容梼を
■“とすると下記（３）式が成立することは公知である
。

Ｖ　−（］−Ｘ）Ｖ　’　＋ＸＶ“　−（３１ここで（
３）式を変形して下記（４）式とする。

一方、蒸気タービンの通常の排気圧が０．０５２６ａｔ
。

程度であることを勘案すると、公知の蒸気表よりｖ　’
　／　ｖ　”　′４３．５　Ｘ　１０−５なる数値が得
られるが、実用上において３．５Ｘ１０−５＝Ｏ→　ｖ
’／ｖ“＝０と見做せば、前記（４）式は Ｖ　±　Ｘ−Ｖ となり、これを前記（２）式に代入すると、蒸気の流速
■は、容易にその値を知り得る乾き飽和蒸気の比容積Ｖ
“を用いて下記（５）式にて表される。

■・ｋ・ｘ・■＃　・（５） 一方、管内を送給される流体の容積流量Ｑは公知の流量
測定装置、たとえばオリフィスあるいはベンチュリ管等
を使用した差圧式流量計を適宜利用すれば容易に測定可
能である。流体の容積流量Ｑが求まると、その温度にお
ける比重量（比容積の逆数、具体的には単位容積光たり
の重量）γを乗することによりその重量流ｉＧは、 Ｇ＝γ　・　Ｑ にて求められる。

従って、たとえばタービンを挟んで閉鎖された系におけ
る２点間では、タービンに送給される前は乾き飽和蒸気
であり、タービンで使用された後は湿り蒸気となっては
いるが、その重量流ｉＧは同一であると考えてよい。こ
のため、タービンに送給される乾き飽和蒸気を測定対象
として差圧式の流量計を使用して蒸気の重量流量Ｇを測
定する場合には、検出された差圧をΔρとすると、下記
（６）式により算出される。

但し、γ：流体の比重量（蒸気タービンに送される蒸気
の場合には乾き飽和蒸 気である） 次に前記＋１１式において未知数であった翼２が設けら
れている位置の湿り蒸気Ｕνの比重量γは以下の如くし
て求める。

湿り蒸気の比容積Ｖに関しては前記（３）式、Ｖ　−（
］−ｘ）ｖ　’　＋ＸＶ“　・＋３１が成立し、また比
重量Ｔと比容積Ｖは逆数、即ちｖ＝Ｉ／ｒ、ｒ＝Ｉ／ｖ
、　　ｖ・γ−１の関係が有るから、湿り蒸気と同一温
度の乾き飽和蒸気の比容積ｖ″、同比重比重量、同じく
飽和水の比容積Ｖ　’　１　量比重量γ′との間にも湿
り蒸気の場合と同様に、 ■“＝１／γ“、　　　Ｖ’＝１＃’ γ“＝１／ｖ“、　　　ｒ’＝１／ｖ’Ｖ“・γ“＝１
　＋　　Ｖ　”γ′＝１の各関係が成立する。従って、
ｙ＝１／ｖに（３）式を代入して整理すると、下記（６
）式が導かれる。

ここで前述の（４）式の場合と同様に、ｖ’／ｖ”＝Ｑ とすれば、 γ＃／Ｔ′−〇 と見做してよいから、前記（６）式から下記（７）式が
導かれる。

Ｔ　“ Ｔ　＃□　　・・・（７） 以トのようにして求められた湿り蒸気りνの流速Ｖ、湿
り蒸気−νの比重量γを、揚力Ｉ、を表す（１）式に代
入して整理すると下記（８）式が導かれる。

１、、　＝　ＣＬ・ｒ・Ｖ２　・Ｓ　・ｆｌ１ｇ この（８）式を変形すると、湿り蒸気ｈｖの乾き度Ｘを
表す下記（９）式が導かれる。

上記（９）式中、揚力係数Ｃｔは、翼２の形状、迎え角
１表面粗さ、　　Ｒｅ（レイノルズ）数等により決定さ
れるため、たとえば風洞実験等を行うことにより既知と
することが可能である。従って、湿り蒸気ＷＶの乾き度
Ｘは、翼２に作用する揚力り、測定対象の湿り蒸気Ｗν
の圧力及び温度と等しい乾ぎ飽和蒸気の比容積Ｖ″を公
知の蒸気表から知ることにより求められる。

本発明は上述の如き原理に基づいて湿り蒸気の乾き度を
、簡便ではあるが実用上充分の精度にて測定せんとする
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。

第１図は本発明に係る湿り蒸気の乾き度測定方法の実施
に用いられる揚力測定装置ｌの構成を示ずための部分破
断図、第２図はこの揚力測定装置１によりタービン２】
の排気である湿り蒸気ｈｖの乾き度Ｘの測定の状態を示
す模式図である。

タービン２１には、図示しない蒸気発生装置により発生
された乾き飽和蒸気Ｄｖがバルブ２０を介して送給され
ており、バルブ２０の下流側に流量計３１が備えられて
いる。乾き飽和蒸気Ｄｖはタービン２１に与えられてタ
ービン２１を動作させた後、排気管Ｐ内を復水器２２に
まで送給され、冷却水２３により冷却されて回収される
。

排気管Ｐの適宜位置には第１図に示す揚力測定装置１が
設けられている。

揚力測定袋３置１は主要には、排気管Ｐ内に突設された
翼２、排気管Ｐの外部に位置していてロッド５にて１２
と接続された揚力検出部３とから構成されている。翼２
はロッド５の一端に固着されており、所要の迎え角を有
し、その翼幅方向をタービン２の排気である湿り蒸気ｔ
ＶＶの送給方向と直交する方向に一致させ、更に翼幅方
向中心を排気管Ｐの軸心位置にほぼ一致させるように排
気管Ｐの管壁から突出されている。

揚力検出部３は、排気管Ｐの管壁から管外へ突出された
ロッド５の他端部に固着されたカラー７、カラー７と排
気管Ｐの管壁の間においてロッド５に外嵌されたコイル
スプリング６、ロッド５の排気管ｌ）の外部へ突出した
部分を覆うようにして排気管Ｐの管壁外側に取付けられ
たケーシング８、及びケーシング８の排気管Ｐの管壁と
対向する部分に取付けられた差動トランス等の変位検出
器９とから構成されており、ロッド５の他端部が変位検
出器９に接続されている。なお、排気管Ｐの管壁のロッ
ド５が貫通する部分には気密用のシール材１１が装着さ
れていて湿り蒸気−りの漏洩を防止している。

従って、排気管Ｐ内を流体（この場合には湿り蒸気ＭＶ
）が流送されると、翼２に揚力りが作用し、第１図に実
線矢符にて示す方向に翼２が移動する。

この翼２に作用する揚力りによる移動に伴ってロッド５
もコイルスプリング６の張力に抗して翼２と一体的に移
動し、その移動量は変位検出器９により検出される。

変位検出器９により検出されたりソド５、換言すれば翼
２の変位量Δ［、は演算装置１２に与えられ、前述した
〔発明の原理〕に基づいて排気管Ｐ内を送給される湿り
蒸気−Ｖの乾き度Ｘが算出される。

次に、上述のような構成の装置により実施される本発明
方法の実際の演算処理過程について、演算装置１２の演
算処理内容を示す第３図のフローチャートに従って説明
する。

なお、前辺って演算装置１２にはそのメモリに、揚力測
定装置Ｉの変位検出器８の検出値であるロッド５　（翼
２）の移動量ΔＬを翼２に作用する揚力Ｉ７に換算する
ための係数α、翼２の揚力係数ＣＬ、翼２の偏流係数に
、　翼２の断面積Ｓ、重力加速度ｇ、排気管Ｐの断面積
Ａがそれぞれ与えられて記憶されていると共に、公知の
蒸気表が近似多項式の形で記憶されている。

まず演算装置１２は、流量計３１の検出値であるタービ
ン２１に送給される乾き飽和蒸気Ｏｖのｆｆ１ｆｔ流量
Ｇを読込む。この重量流量Ｇの検出は、前記（６）式の
基づいて流量計３１が行い、その結果は演算装置１２に
与えられる。また演算装置１２は、翼２の設置位置に近
接されて取付けられている温度計３２及び圧力計３３か
ら排気管Ｐ内を送給される湿り蒸気ＷＶの翼２の近傍に
おける温度Ｔ及び圧力Ｐをそれぞれ読取り、読取った温
度Ｔ及び圧力Ｐに対応する乾き飽和蒸気の比容積ｖ　Ｉ
Ｉを近似多項式から求める。

次に演算装置１２は、揚力測定装置１の検出値、即ち変
位検出器８が検出したロッド５の移動量ΔＬを読取り、
これに所定の係数αを乗じて翼２に作用する揚力りを算
出する。

以上により〔発明の原理〕の項で説明した（９）式の演
算のために必要な諸元、即ちＬ：翼２に作用する揚力、
Ｃｔ：翼２の揚力係数１ｇ：重力加速係数、に：１２の
偏流係数、Ｇ：湿り蒸気−Ｖの重量流量、Ａ：管Ｐの断
面積、■＃：湿り蒸気−Ｖと同温度の乾き飽和蒸気の比
容積、Ｓ：ｆｉ２の断面積の総てが求まったので、演算
装置１２は（９）式に従って湿り蒸気−Ｖの乾き度Ｘを
算出し、適宜の表示装置に表示する。

〔効果〕

以上の如く、本発明によれば蒸気配管の任意の位置に翼
を利用した揚力測定装置を設置するのみの簡単な構成に
て連続的に蒸気の乾き度の測定が可能となり、たとえば
蒸気タービン、蒸気エジェクタ等の蒸気を作動流体とす
る装置の運転管理、保守等に資するところ大である。

なお、前記実施例では蒸気配管内の翼に作用する揚力を
検出するための揚力測定装置は、翼の揚力による移動量
を偏位検出器により検出する電気的な構成としているが
、他に機械的な構成を採ることも、あるいは他の電気的
な構成を採ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図は本発
明方法の実施に使用する揚力測定装置の構成を示す部分
破断図、第２図は本発明方法を蒸気タービンの排気に適
用する場合の実施状態を示す模式図、第３図は演算装置
による本発明方法の処理内容を示すフローチャートであ
る。 ｌ・・・揚力測定装置゛　２・・・翼　　３・・・揚力
検出部　　９・・・変位検出器　　１２・・・演算装置
　　２１・・・タービン　　Ｐ・・・蒸気送給管　　Ｏ
Ｖ・・・乾き飽和蒸気　　ｔｙｖ・・・湿り蒸気 特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫ＷＶ 第　　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、管内を送給される湿り蒸気の乾き度を測定する方法
   において、 前記湿り蒸気による揚力が作用されるべく なした翼を前記管内に設け、 この翼に作用する揚力Ｌを測定すると共に、前記管内を
   送給される蒸気の重量流量Ｇを 検出し、 蒸気の乾き度ｘを下記式 ｘ＝｛Ｌ／［Ｃ＿Ｌ・（１／２ｇ）・ｋ＾２・（Ｇ＾２
   ／Ａ＾２）・ｖ″・Ｓ］｝但し、Ｃ＿Ｌ：翼の揚力係数 ｇ：重力加速係数 ｋ：翼の偏流係数 Ｇ：蒸気の重量流量 Ａ：管の断面積 ｖ″：湿り蒸気と同温度の乾き 飽和蒸気の比容積 Ｓ：翼断面積 にて求めることを特徴とする湿り蒸気の乾き度測定方法
   。