(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービンの内部に位置する湿り蒸気の蒸気重量率を決定する方法を提供する。【解決手段】湿り蒸気を通して光学プローブ５２から複数の波長を放射するステップと、光学プローブ５４を用いて、湿り蒸気を通して放射された複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を測定するステップと、複数の波長の各々について湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップと、スケーリングされた強度比を得るために、強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップと、複数の残差を得るためにスケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップと、複数の残差のうちの最小残差を決定するステップと、最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップと、液滴粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップとを含む。【選択図】図２
2012103254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１０）の内部に位置する湿り蒸気の蒸気重量率を決定する方法であって、
前記湿り蒸気を通して光学プローブ（５２、５４）から複数の波長を放射するステップ（１６２）と、
前記光学プローブ（５２、５４）を用いて、前記湿り蒸気を通して放射された前記複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を測定するステップ（１６４）と、
前記複数の波長の各々について前記湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップ（１６８）と、
スケーリングされた強度比ベクトルを得るために、前記強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップ（１７０）と、
複数の残差を得るために前記スケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップ（１７２）と、
前記複数の残差のうちの最小残差を決定するステップ（１７４）と、
前記最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップ（１７６）と、
前記液滴粒度分布に基づいて前記蒸気重量率を決定するステップ（１７８）と
を含む方法。
【請求項２】
前記適切な値が関数
【数１】
2012103254.tif 000008
に基づいており、上式で、ｅ（ｓ）が前記複数の残差であり、Ｎ（Ｄ）が前記液滴の数密度であり、Ｒsが前記スケーリングされた強度比ベクトルであり、Ｄmaxが最大液滴粒度であり、Ｄが直径であり、ｌが経路長であり、Ｅλ（Ｄ）が消衰係数である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記液滴の数密度Ｎ（Ｄ）が、２つの直径（６０）の液滴（５８）に限定される、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記液滴の数密度Ｎ（Ｄ）が、３つ以上の直径（６０）の液滴（５８）に限定される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記最大液滴粒度Ｄmaxが約５，０００ナノメートルより大きい、請求項２記載の方法。
【請求項６】
前記複数の波長が白色光（５６）として生成される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記複数の波長が約１５個を超える波長を含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
実行可能な命令を有する一時的でない有形の１つまたは複数の機械可読媒体であって、前記実行可能な命令がプロセッサによって実行されたとき、
湿り蒸気を通して放射された複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を光学プローブ（５２、５４）を用いて測定するステップ（１６４）と、
前記複数の波長の各々について前記湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップ（１６８）と、
スケーリングされた強度比ベクトルを得るために前記強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップ（１７０）と、
複数の残差を得るために前記スケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップ（１７２）と、
前記複数の残差のうちの最小残差を決定するステップ（１７４）と、
前記最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップ（１７６）と、
前記液滴粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップ（１７８）と、
を含む処理を前記プロセッサに実行させる、機械可読媒体。
【請求項９】
前記適切な値が関数
【数２】
2012103254.tif 000009
に基づいており、上式で、ｅ（ｓ）が前記複数の残差であり、Ｎ（Ｄ）が前記液滴の数密度であり、Ｒsが前記スケーリングされた強度比ベクトルであり、Ｄmaxが最大液滴粒度であり、Ｄが直径であり、ｌが経路長であり、Ｅλ（Ｄ）が消衰係数である、請求項８記載の機械可読媒体。
【請求項１０】
前記液滴の数密度Ｎ（Ｄ）が、２つの直径の液滴（５８）に限定される、請求項９記載の機械可読媒体。
【請求項１１】
前記液滴の数密度Ｎ（Ｄ）が、３つ以上の直径の液滴（５８）に限定される、請求項９記載の機械可読媒体。
【請求項１２】
前記最大液滴粒度Ｄmaxが約５，０００ナノメートルより大きい、請求項９記載の機械可読媒体。
【請求項１３】
前記複数の波長が白色光（５６）として生成される、請求項８記載の機械可読媒体。
【請求項１４】
複数の波長の光を放射するように構成された光学エミッタ（５２）と、
前記複数の波長の光を検出するように構成された光学検波器（５４）と、
前記光学エミッタ（５２）および前記光学検波器（５４）に結合され、メモリまたは記憶装置に記憶された命令を実行するように構成されたプロセッサとを備え、前記命令が、前記プロセッサによって実行されたとき、
湿り蒸気を通して前記光学エミッタ（５２）によって放射された前記複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を前記光学検波器（５４）を用いて検出するステップ（１６４）と、
前記複数の波長の各々について前記湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップ（１６８）と、
スケーリングされた強度比ベクトルを得るために前記強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップ（１７０）と、
複数の残差を得るために前記スケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップ（１７２）と、
前記複数の残差のうちの最小残差を決定するステップ（１７４）と、
前記最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップ（１７６）と、
前記液滴粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップ（１７８）と
を含む処理を前記プロセッサに実行させる、
蒸気重量率監視システム（５０）。
【請求項１５】
蒸気タービン（１０）を有し、前記光学エミッタ（５２）および前記光学検波器（５４）が前記蒸気タービン（１０）の内部に配置される、請求項１４記載の蒸気重量率監視システム（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は蒸気監視システムに関し、より詳細には、蒸気重量率（ｓｔｅａｍ  ｑｕａｌｉｔｙ）を監視するためのおよび液滴粒度分布（ｄｒｏｐｌｅｔ  ｓｉｚｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を決定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気は、熱伝達、発電、輸送など、多くの産業にわたる広範な用途で使用される。例えば、蒸気を蒸気タービン内で原動力として使用し、熱エネルギーを回転エネルギーに変換することができる。蒸気の水分に対応し得る蒸気重量率の要件は、用途に応じて変化する。例えば、蒸気タービンでは高い蒸気重量率が必要となる可能性がある。というのは、低い蒸気重量率は効率の低下、および／または蒸気タービンの構成要素の侵食を引き起こす可能性がある。現行の蒸気重量率監視装置は、通常、光信号を使用する。残念ながら、現行の蒸気重量率監視装置の精度は、光信号に対する大きい水滴の作用のために悪影響を受ける可能性がある。したがって、上述した１つまたは複数の問題に対処するための改良された蒸気重量率監視システムが必要とされる。
【発明の概要】
【０００３】
出願時に特許請求した発明と範囲が等しい特定の実施形態を以下で要約する。これらの実施形態は特許請求される本発明の範囲を限定することを意図せず、むしろ、これらの実施形態は、本発明の考えられる形態の簡単な概要を示すことのみを意図する。実際には、本発明は、以下に記載される実施形態と同様であってもそれらと異なっていてもよい様々な形態を包含することができる。
【０００４】
第１の実施形態では、蒸気タービンの内部に位置する湿り蒸気の蒸気重量率を決定する方法が提供される。この方法は、湿り蒸気を通して光学プローブから複数の波長を放射するステップと、光学プローブを用いて、湿り蒸気を通して放射された複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度（ｗｅｔ  ｓｔｅａｍ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を測定するステップと、複数の波長の各々について湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップと、スケーリングされた（ｓｃａｌｅｄ）強度比ベクトルを得るために、強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップと、複数の残差（ｒｅｓｉｄｕａｌ）を得るためにスケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップと、複数の残差のうちの最小残差を決定するステップと、最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップと、液体粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップとを含む。
【０００５】
第２の実施形態では、実行可能な命令を有する一時的でない有形の１つまたは複数の機械可読媒体が提供される。実行可能な命令がプロセッサによって実行されたとき、湿り蒸気を通して放射された複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を光学プローブを用いて測定するステップと、複数の波長の各々について湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップと、スケーリングされた強度比ベクトルを得るために強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップと、複数の残差を得るためにスケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップと、複数の残差のうちの最小残差を決定するステップと、最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップと、液滴粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップと、を含む処理をプロセッサに実行させる。
【０００６】
第３の実施形態では、蒸気重量率監視システムが提供される。このシステムは、複数の波長の光を放射するように構成された光学エミッタと、複数の波長の光を検出するように構成された光学検波器と、光学エミッタおよび光学検波器に結合されたプロセッサとを有する。プロセッサは、メモリまたは記憶装置に記憶された命令を実行するように構成される。これらの命令がプロセッサによって実行されたとき、湿り蒸気を通して光学エミッタによって放射された複数の波長の各々に対応する湿り蒸気の強度を光学検波器を用いて検出するステップと、複数の波長の各々について湿り蒸気の強度を対応する乾燥蒸気の強度で除することにより強度比ベクトルを決定するステップと、スケーリングされた強度比ベクトルを得るために強度比ベクトルにスケーリングファクタを連続的に適用するステップと、複数の残差を得るためにスケーリングファクタの各々に対して適切な値を計算するステップと、複数の残差のうちの最小残差を決定するステップと、最小残差に対応する液滴の数密度を計算することにより液滴粒度分布を決定するステップと、液滴粒度分布に基づいて蒸気重量率を決定するステップと、を含む処理をプロセッサに実行させる。
【０００７】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、複数の図面を通して同様の参照符号は同様の部品を示している添付図面を参照して以下の詳細な記述を読むことにより良く理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】複数のタービン段を有する蒸気タービンの実施形態を示す断面図である。
【図２】蒸気重量率監視システムの実施形態を示す概略図である。
【図３】波長の関数としての、大きい液滴の悪影響を受ける強度比を示すグラフである。
【図４】直径の関数としての、大きい液滴の悪影響を受ける数密度を示すグラフである。
【図５】本開示の一実施形態による、波長の関数としてのスケーリングされた強度比を示すグラフである。
【図６】本開示の一実施形態による、直径の関数としての数密度を示すグラフである。
【図７】本開示の一実施形態による、蒸気重量率を決定するためのプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下では本発明の１つまたは複数の特定の実施形態を説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、実際の実施態様のすべての特徴が本明細書で説明され得るわけではない。任意の工学的計画または設計計画において、このような任意の実際の実施態様を開発する際には、システム関連の制限および事業関連の制限に適合させるといったような、実施態様ごとに変わり得る開発者ごとの目標を達成するために、実施態様特有の多くの決定がなされなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるものであり得るが、本開示の利益を享受する当業者にとっては、設計、製作および製造における通常の仕事であることを理解されたい。
【００１０】
本発明の種々の実施形態の要素を示す場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、および「ｓａｉｄ」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するものとする。「有する」、「含む」という用語は包括的であることを意図しており、記載される要素の他に追加の要素が存在してもよいことを意味する。
【００１１】
図１は、高圧セクション１２および低圧セクション１４を有する蒸気タービン１０の側断面図である。蒸気タービン１０は、石炭プラント、ガス化プラント、天然ガスプラント、原子炉プラントなどの、発電のために蒸気が使用可能であるいかなる場所でも使用され得る。蒸気タービン１０は、後で詳細に説明する蒸気重量率監視システムの一実施形態を有することができる。運転中、高圧蒸気入口１６が高圧蒸気を受け、高圧タービン段１８を通して高圧蒸気を経路設定し、タービンブレードが駆動され、蒸気タービン１０の共通のロータ軸が回転される。高圧蒸気の供給源の例には、限定しないが、統合ガス化複合サイクル（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｃｏｍｂｉｎｅｄ  ｃｙｃｌｅ（ＩＧＣＣ））発電所の熱回収蒸気発生（ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＨＲＳＧ））システムが含まれる。高圧蒸気は、高圧蒸気出口２０を通って蒸気タービン１０の高圧セクション１２から出る。特定の実施形態では、さらに過熱を行うためにおよび蒸気タービン１０の低圧セクション１４で最終的に使用するために、高圧蒸気はＨＲＳＧシステムに戻るように誘導されてもよい。
【００１２】
同様に、低圧蒸気入口２２がＨＲＳＧシステムなどから低圧蒸気を受け、低圧タービン段２４を通して低圧蒸気を経路設定し、それにより、タービンブレードが駆動され、蒸気タービン１０の共通のロータ軸が回転される。低圧蒸気は、低圧蒸気出口２６を通って蒸気タービン１０の低圧セクション１４から出る。特定の実施形態では、蒸気タービン１０はさらに中間圧力セクションを有してもよい。
【００１３】
蒸気タービン１０は、後で詳細に説明するように、蒸気タービン１０の内部に位置する湿り蒸気の蒸気重量率を決定するのに使用される１つまたは光学プローブを有することができる。種々の実施形態では、光学プローブは、蒸気タービン１０の内部の全体にわたる位置に配置されてもよい。例えば、光学プローブは、高圧セクション１２、低圧セクション１４、または、中間圧力セクション（存在する場合）の中に配置されてもよい。別の実施形態では、光学プローブは、蒸気タービン１０の内部において蒸気重量率の測定を行うことが所望されるいかなる場所に配置されてもよい。
【００１４】
図２は、蒸気重量率監視システム５０の概略図である。示される実施形態では、監視システム５０は光学エミッタ５２および光学検波器５４を有し、これらをまとめて光学プローブと称することができる。光学エミッタ５２および光学検波器５４は両方とも、蒸気タービン１０の内部固定表面に結合されてもよい。また、光学検波器５４は、通常、光学エミッタ５２に対向するように構成される。光学エミッタ５２は、１つまたは複数の波長の光５６を放射するように構成される。例えば、１つまたは複数の波長の光５６は、白色光としてまたは特定の離散的な波長の光として生成されてもよい。特定の実施形態では、光学エミッタ５２は、約５００ｎｍから６５０ｎｍの間の複数の波長の光５６を放射するように構成された広帯域光源であってもよい。このような実施形態では、光５６の波長は、約５ｎｍから１０ｎｍで互いに分離され得る。したがって、これらの実施形態では、広帯域光源５２は、約１５個から３０個の間の異なる波長の光５６を放射するように構成され得る。広帯域光源５２によって放射された光５６の波長の数を増加させることにより、蒸気重量率を測定する際のノイズの量を減少させることができる。別の実施形態では、光学エミッタ５２はレーザ源であってもよい。
【００１５】
広帯域光源５２により光５６が放射されたと、光５６は水滴５８すなわち液滴に接触することができる。示されるように、水滴５８は概して球形状を有していてもよいが、別の形状も考えられる。水滴５８は、蒸気タービン１０の内部を通る蒸気の流れにより光学エミッタ５２と光学検波器５４との間で運搬され、光５６に入ることができる。低蒸気重量率の蒸気は、高蒸気重量率の蒸気より多数の水滴５８を有することができる。すなわち、蒸気重量率は、飽和水／蒸気の混合物中の飽和蒸気の割合として定義される。したがって、０の蒸気重量率は１００パーセントの水を意味し、１の蒸気重量率（または、１００パーセント）は１００パーセントの蒸気を意味する。水滴５８は、約１００ｎｍ、５００ｎｍ、１０００ｎｍ、２０００ｎｍ、３０００ｎｍ、４０００ｎｍまたは５０００ｎｍより大きくてもよい直径６０を有していてもよい。通常の蒸気タービン１０内での直径６０の分布はＮ−モード（ｎ−ｍｏｄａｌ）であってもよく、ここで、Ｎ＝１、２、３、４またはそれ以上である。例えば、示される実施形態では、直径６０の分布は、小さい一次水滴６２および大きい二次水滴６４を含むバイモデル（ｂｉ−ｍｏｄｅｌ）であってもよい。例えば、一次水滴６２の直径６０は約２００ｎｍから１５００ｎｍの間であってもよい。二次水滴６４の直径６０は５０００ｎｍから１００００ｎｍの間であってもよい。一次水滴６２は蒸気中に自然に存在する水滴に相当していてもよい。二次水滴６４は、蒸気タービン１０のノズルおよび動翼の後縁から落下することによって生成されてもよい。したがって、一次水滴６２の数は二次水滴６４の数より多くてもよい。したがって、通常の蒸気タービン１０では、二次水滴６４からの湿気への寄与率（ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）は、一次水滴６２からの湿気への寄与率より低くてもよい。
【００１６】
水滴５８に入る光５６は、１つまたは複数の散乱ビーム６６として伝播される可能性がある。様々な散乱ビーム６６が光学検波器５４に到達しない可能性がある。しかし、検出されるビーム６８は、光学検波器５４によって検出されるように位置合わせされ得る。光学検波器５４の一例としては、フォトダイオードアレイとして構成され得る光検出器がある。種々の実施形態では、光検出器５４は検出されるビーム６８に応答して電気信号を生成することができる。加えて、光検出器５４は、広帯域光源５２によって放射された同じ波長範囲の光５６を検出するように構成され得る。検出されるビーム６８は、散乱ビーム６６のために、光５６より強度が低い可能性がある。言い換えると、光５６全体が光検出器５４に到達するわけではないことから、検出されるビーム６８は低い強度を有する可能性がある。したがって、特定の実施態様では、蒸気監視システム５０の動作は、球粒子による電磁放射線の散乱性に対するＭａｘｗｅｌｌ方程式の解析解を示す、Ｍｉｅ散乱理論に基づく。
【００１７】
図３は、二次水滴６４によって引き起こされる減衰効果を示す、強度比のグラフである。グラフ８０では、横座標（ｘ軸）８２は、ナノメートルで表現される、広帯域光源５２によって放射された光５６の波長を示している。縦座標（ｙ軸）８４は、乾燥蒸気（例えば、１の、すなわち、１００パーセントの蒸気重量率）中において光検出器５４によって検出される光５６の強度で除された検出されるビーム６８の強度として定義される、強度比を示している。言い換えると、強度比が小さいと、蒸気重量率が低いことになる。通常の蒸気重量率監視システムを用いて測定した、種々の波長の光５６の強度比８６がグラフ８０にプロットされている。測定された強度比８６を通るベストフィットライン（ｂｅｓｔ  ｆｉｔ  ｌｉｎｅ）８８に一致する点もグラフ８０にプロットされている。示されるように、ベストフィットライン８８に一致する点は約０．５５から０．７２の範囲であると言える。しかし、物理学的予測に基づいた実際のすなわち本当の強度比は、通常の蒸気重量率監視システムによって測定される強度比より大きくてもよい。測定される強度比８６と本当の強度比との間の差異は、部分的に、二次水滴６４の影響として説明され得る。具体的には、二次水滴６４は一次水滴６２より光５６をより大幅に減衰させることができる。言い換えると、光５６の減衰に対する二次水滴６４の影響は、蒸気の全水分に対する一次水滴６２の寄与率より比例的に大きい。したがって、通常の蒸気重量率監視システムの測定される強度比８６は、物理学的予測に基づいて計算される強度比より小さくてもよい。さらに、通常の蒸気重量率監視システムの測定される強度比８６に基づいて計算される蒸気重量率は実際の蒸気重量率より小さくてもよい。このような不正確な蒸気重量率では、蒸気タービン１０の内部の状態が現実に即した形で示されない可能性があるため、蒸気タービン１０の性能を改良するための予防ステップが設けられる。
【００１８】
図４は、二次水滴６４によって引き起こされる減衰効果を示す数密度のグラフ１００である。グラフ１００では、横座標１０２は、ナノメートルで表現される水滴５８の直径６０を示している。縦座標１０４は、単位体積当たりの水滴５８の数として定義される、水滴５８の数密度を示している。グラフ１００では、数密度は、１立方メートル当たりの水滴５８として表される。グラフ１００にプロットされる結果は、図３に示される測定される強度比８６に基づいている。具体的には、数密度は、Ｍｉｅ散乱理論の方程式を用いて、測定される強度比８６から計算され得る。一次水滴密度（ｐｒｉｍａｒｙ  ｄｒｏｐ  ｄｅｎｓｉｔｙ）１０６は一次水滴６２の数密度を示しており、二次水滴密度１０８は二次水滴６４の数密度を示している。図４を参照すると、一次水滴密度１０６は１ｍ3当たり約１．５×１０15であり、二次水滴密度１０８は１ｍ3当たり約９×１０11である。これらの値およびＭｉｅ散乱理論を用いると、一次水滴６２および二次水滴６４は、全水分のそれぞれ約５１パーセントおよび３パーセントであると考えられる。したがって、全水分は約５４パーセントと考えられ、これは、物理学的予測に基づく水分、すなわち約９パーセントより多い。
【００１９】
図５は、後で詳細に説明される方法を使用して得られた、波長の関数としての、スケーリングされた強度比のグラフである。スケーリングされた強度比は、二次水滴６４によって引き起こされる減衰を排除または軽減する。スケーリングされた強度比１２２がグラフ１２０にプロットされている。スケーリングされた強度比１２２を通るベストフィットライン１２４に一致する点もグラフ１２０にプロットされている。示されるように、ベストフィットライン１２４に一致する点は約０．９０から０．９４の範囲であると言える。したがって、図５に示されるスケーリングされた強度比１２２は図３に示される測定される強度比８６より大きい。スケーリングされた強度比１２２は、物理予測に基づく本当の強度比にほぼ等しい。具体的には、二次水滴６４によって引き起こされる減衰はスケーリングされた強度比１２２からは排除されている。スケーリングされた強度比１２２に基づく正確な蒸気重量率の値を用いることにより、蒸気タービン１０の性能を改良することが可能となる。
【００２０】
図６は、後で詳細に説明される方法を使用して得られた、直径６０の関数としての数密度のグラフ１４０である。グラフ１４０にプロットされる結果は、図５に示されるスケーリングされた強度比１２２に基づいている。正確な一次水滴密度１４２は一次水滴６２の正確な数密度を示しており、正確な二次水滴密度１４４は二次水滴６４の正確な数密度を示している。上で考察したように、数密度は、Ｍｉｅ散乱理論の方程式を使用して、スケーリングされた強度比１２２から計算され得る。図６を参照すると、正確な一次水滴密度１４２は１ｍ3当たり約１．５×１０14であり、正確な二次水滴密度１４４は１ｍ3当たり約５．５×１０11である。正確な一次水滴密度１４２および二次水滴密度１４４は共に、図４に示される一次水滴密度１０６および二次水滴密度１０８より小さい。これらの値およびＭｉｅ散乱理論を用いると、一次水滴６２および二次水滴６４は、全水分のそれぞれ約６パーセントおよび３パーセントであると考えられる。したがって、全水分は約９パーセントであると考えられ、これは、物理学的予測に基づく水分、すなわち約９パーセントにほぼ等しい。
【００２１】
図７は、蒸気重量率監視システム５０を使用して蒸気タービン１０内の蒸気重量率を決定するためのプロセスのフローチャート１６０である。本発明の一実施形態は、コンピュータにより実施されるプロセスおよびそれらのプロセスを実行するための装置の形態で実施することができる。本発明の実施形態はまた、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライブ、ＵＳＢ（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｓｅｒｉａｌ  ｂｕｓ）ドライブ、または、任意の別のコンピュータ可読記憶媒体などの、一時的でない有形の機械可読媒体によって具体化される実行可能な命令を含むコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品の形態で実施することができ、ここで、コンピュータプログラムコードがコンピュータ内にロードされてコンピュータによって実行される場合は、このコンピュータが本発明の実施形態を実行するための装置となる。本発明の実施形態はまた、例えば、記憶媒体に記憶されているか、コンピュータ内にロードされ、および／または、コンピュータによって実行されるか、それともファイバオプティクスを用いた電気配線または電気ケーブルなどを介してまたは無線伝送を介して、いくつかの伝送媒体を通して伝送されるかにかかわらず、コンピュータプログラムコードの形態で実施することができ、ここで、コンピュータプログラムコードがコンピュータ内にロードされてコンピュータによって実行される場合は、このコンピュータが本発明の実施形態を実行するための装置となる。コンピュータプログラムコードセグメントは、汎用プロセッサ上で実施される場合、特定の論理回路を作成するようにプロセッサを構成する。
【００２２】
具体的には、蒸気重量率監視システム５０は、コンピュータ可読記憶媒体に、または、そのようなコンピュータ可読記憶媒体を有するプロセスコントローラに配置されるコンピュータコードを有することができる。このコンピュータコードは、感知されるレベルが蒸気重量率の閾値より低い場合に蒸気重量率を増加させるように、または蒸気重量率が不十分であることをオペレータに通知するように、制御機能を開始するための命令を有することができる。別の実施形態では、コンピュータコードは、プロセス計器を用いて運転変数を測定するためのまたは特定の命令を周期的に繰り返すための命令を有することができる。
【００２３】
図７を再び参照すると、ステップ１６２では、最大でｎ個の波長の、１つまたは複数の波長λiの光５６が光学プローブから放射され、監視される湿り蒸気を通過する。光学プローブは広帯域光源５２および光検出器５４を有することができる。ステップ１６４では、光学プローブが、湿り蒸気を通して放射されたｎ個の波長の光５６の各々に対応する湿り蒸気の強度Ｉ（λi）を測定する。上で詳細に説明したように、測定される湿り蒸気の強度は、湿り蒸気内に二次水滴６４が存在することにより減衰される。ステップ１６６では、光学プローブが、乾燥蒸気を通して放射されたｎ個の波長の光５６の各々に対応する乾燥蒸気の強度Ｉ0（λi）を得ることができる。ステップ１６６は１回実行されればよく、乾燥蒸気の強度の値は次の計算でも再使用され得る。別法として、乾燥蒸気の強度の値は、物理モデルを使用して得られてもよく、あるいは、実験により得られるようなまたは物理モデルを使用して得られるような値を含むローカルデータベースまたはリモートデータベースから入手されてもよい。ステップ１６８では、各々の波長の光５６に対して、湿り蒸気の強度Ｉ（λi）を対応する乾燥蒸気の強度Ｉ0（λi）で除することにより、強度比ベクトルＲが決定される。例えば、波長の関数としての強度比ｒ（λi）は以下の方程式を用いて決定される。
【００２４】
【数１】
2012103254.tif 000003
以下の方程式を用いてｎ次元の強度比ベクトルＲを形成することができる。
【００２５】
【数２】
2012103254.tif 000004
ステップ１７０では、以下の方程式を用いて示されるように、スケーリングされた強度比ベクトルＲsを得るためにスケーリングファクタｓが強度比ベクトルＲに連続的に適用される。
【００２６】
【数３】
2012103254.tif 000005
スケーリングファクタｓは０より大きく、１以下であってもよい。ステップ１７２では、以下の方程式を用いて決定される得る１つまたは複数の残差ｅ（ｓ）を得るために、各々のスケーリングファクタｓに対する適切な値が計算される。
【００２７】
【数４】
2012103254.tif 000006
上式で、Ｎ（Ｄ）は数密度であり、Ｄmaxは水滴５８の最大直径であり、Ｄは直径６０であり、ｌは水滴５８の経路長であり、Ｅλ（Ｄ）は消衰係数である。特定の実施形態では、数密度Ｎ（Ｄ）は限定されてもよい。例えば、数密度Ｎ（Ｄ）は、２つの直径の水滴に、すなわち、一次水滴６２および二次水滴６４に限定されてもよい。別の実施形態では、数密度Ｎ（Ｄ）は３つ以上の直径の水滴に限定されてもよい。
【００２８】
特定の実施形態では、最大直径Ｄmaxは、約１０００ｎｍ、２０００ｎｍ、３０００ｎｍ、４０００ｎｍ、または５０００ｎｍより大きくてもよい。経路長ｌは、広帯域光源５２と光検出器５４との間の距離として定義される。さらに、約５０００ｎｍを超える直径６０を有する水滴５８に対する消衰係数Ｅλ（Ｄ）は、波長λiおよび直径Ｄと無関係である。したがって、二次水滴６４などの、約５０００ｎｍを超える直径６０を有する水滴５８によって引き起こされる減衰はほぼ一定である。ステップ１７４では、ステップ１７２で決定される１つまたは複数の残差ｅ（ｓ）のうちの最小残差ｅminが決定される。ステップ１７６では、ステップ１７４で得られた最小残差ｅminに対応する数密度Ｎ（Ｄ）を計算することにより、液滴粒度分布が決定される。最後に、ステップ１７８では、以下の方程式を用いて蒸気重量率Ｙ（または、湿り度）が決定される。
【００２９】
【数５】
2012103254.tif 000007
上式で、ρwaterは水滴５８の密度であり、ρsteamは蒸気の密度である。
【００３０】
本書は、最良の形態を含めて本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを作製し使用することおよび組み入れられる任意の方法を実施することを含めて、任意の当業者が本発明を実施するのを可能にするために、いくつかの例を使用している。さらに、本明細書に提示される例示の実施形態は、互いに組み合わされてもよいまたは開示される別の実施形態の特徴に組み合わされてもよい特徴を含む。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く別の例を含んでいてもよい。このような別の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの表現と異ならない構造的要素を有する場合に、または、それらが特許請求の範囲の文字通りの表現と実質的に異ならない均等の構造的要素を有する場合に特許請求の範囲の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００３１】
１０  蒸気タービン
１２  高圧セクション
１４  低圧セクション
１６  高圧蒸気入口
１８  高圧タービン段
２０  高圧蒸気出口
２２  低圧蒸気入口
２４  低圧タービン段
２６  低圧蒸気出口
５０  蒸気重量率監視システム
５２  光学エミッタ
５４  光学検波器
５６  光
５８  水滴
６０  直径
６２  小さい一次水滴
６４  大きい二次水滴
６６  散乱ビーム
６８  検出されるビーム
８０  二次水滴により引き起こされる減衰効果を示す強度比のグラフ
８２  光の波長
８４  強度比
８６  測定される強度比
８８  測定される強度比を通るベストフィットライン
１００  二次水滴による減衰効果を示す数密度のグラフ
１０２  水滴の直径
１０４  数密度
１０６  一次水滴密度
１０８  二次水滴密度
１２０  例示の方法を使用して得られるスケーリングされた強度比のグラフ
１２２  スケーリングされた強度比
１２４  スケーリングされた強度比を通るベストフィットライン
１４０  例示の方法を使用して得られる数密度のグラフ
１４２  正確な一次水滴密度
１４４  正確な二次水滴密度
【図１】
2012103254.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
2012103254000001.pdf