JP2007023962A - 軸流排気式蒸気タービン装置 - Google Patents
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Abstract
【構成】この発明の軸流排気式蒸気タービン装置1Bは蒸気タービン8、胴部21と排気ダクト3に入り込むスプレー水78の噴射源となり得るノズル体にスプレー水78の飛散ゾーンが扁平扇形状のノズル体25と,円錐形状のノズル体77を併用した撒水部24Bとを備えた復水器2B、胴部63にスプレー水防止体31を備えた排気ダクト3とで構成され、スプレー水防止体31は復水器2Bが接続される部位の近傍に設けられ、幅寸法350mm程度の長方形平板状の複数のガイドベーン32を、水平面に対し図6の紙面において時計方向に10°程度の傾き角を持たせて250mm程度の相互間隔で配設することで構成されている。
【選択図】 図6
Description
しかしながら、軸流排気式蒸気タービン装置9と同様構成の軸流排気式蒸気タービン装置に使用する直接接触式の復水器として、最上部のノズル体77の上部に広い空間を有さない復水器を用いようとする場合には、軸流排気式の蒸気タービン8や排気ダクト6に、腐食その他の新たな問題を引きおこすことが知られている。このことを、図10を用いて説明する。ここで、図10は比較例の軸流排気式蒸気タービン装置を関連装置と共にその側面断面図として模式的に示す説明図である。なお、以下の説明においては、図8,図9に示した従来例の軸流排気式蒸気タービン装置9と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。また、以後の説明に用いる図中には、図8,図9で付した符号については、極力代表的な符号のみを記すようにしている。
(1)蒸気タービン8の動翼82,静翼83やその周辺に配設された各種の部品類、あるいはケーシング84の内壁などに浸食や腐食を発生させる。
(2)蒸気タービン8の内部がスプレー水78により局部的に冷却されることで、蒸気タービン8に部分的な変形を発生させたり、このことが原因となって蒸気タービン8に振動を発生させたりする。
(3)軸流排気式蒸気タービン装置9Aが地熱発電に用いられる場合には、冷却水79が腐食性の高い硫化水素や塩化物を含むことになるために腐食問題が顕著になる。ステンレス鋼材製のベローズ62には腐食割れが発生する可能性が高まる。また、冷却水79に炭酸カルシウムも含むために、冷却水79の飛散を受けた部位に多くの付着物が付着し、蒸気タービン8に性能低下問題を惹起する。
1)タービン軸がほぼ水平に保持されて配設された軸流排気式の蒸気タービンと、複数の冷却水用のノズル体を持ちこれ等のノズル体で前記冷却水を霧状化してスプレー水として噴射する撒水部を有して前記蒸気タービンから排出される水蒸気である排気を復水させる直接接触式の復水器と、蒸気タービンから軸流排気される前記排気の通流方向をほぼ下向きに変更して前記復水器に導く排気ダクトとを備えた軸流排気式蒸気タービン装置において、
前記撒水部は前記ノズル体の一部に噴射される前記スプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つノズル体および/または前記撒水部は一部の前記ノズル体から噴射されたスプレー水が前記排気ダクト側に飛散されるのを阻止する飛散阻止体を備えること、または、
2)タービン軸がほぼ水平に保持されて配設された軸流排気式の蒸気タービンと、複数の冷却水用のノズル体を持ちこれ等のノズル体で前記冷却水を霧状化してスプレー水として噴射する撒水部を有して前記蒸気タービンから排出される水蒸気である排気を復水させる直接接触式の復水器と、蒸気タービンから軸流排気される前記排気の通流方向をほぼ下向きに変更して前記復水器に導く排気ダクトとを備えた軸流排気式蒸気タービン装置において、
前記排気ダクトは前記復水器が接続される部位の近傍に,前記排気を少ない圧力損失で通流させることができると共に前記ノズル体から噴射されるスプレー水の一部が前記蒸気タービンやこの蒸気タービンに隣接される部位の排気ダクトへ侵入するのを防止するスプレー水防止体を備え、前記復水器の撒水部は前記ノズル体の一部に噴射される前記スプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つノズル体を備えること、または、
3)前記2項に記載の手段において、前記排気ダクトが備える前記スプレー水防止体は、互いにほぼ平行に配設される長方形状の面形状を持つ複数の平板状のガイドベーンでなり、それぞれのガイドベーンは前記蒸気タービンから排出された直後の前記排気に対し若干斜め上向きの通流方向となるように案内する方向に前記タービン軸の回転中心軸線を含む水平面に対して傾けられた傾き角を持つ平面姿勢とされて前記排気ダクトの両側の側壁にその長さ方向の端部で装着されると共に、排気ダクトに侵入してくる前記スプレー水に対して複数のガイドベーンの全体によって全面的な侵入防止面が形成されるようにその面形状,相互間隔および前記傾き角が定められていること、または、
4)前記1項から3項までのいずれかに記載の手段において、前記撒水部が備える噴射されるスプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つ一部のノズル体は、ほぼ長方形の底面形状を有するほぼ正四角錐状の範囲内にスプレー水の水滴を飛散させるものであると共に、前記正四角錐のほぼ長方形の底面の長辺に平行する中心線とこの正四角錐の頂点とを含む平面がほぼ水平面であること、さらにまたは、
5)前記1項に記載の手段において、前記撒水部が備える前記飛散阻止体は前記ノズル体から噴射されるスプレー水の内の上方に飛散されるものの一部を阻止する平板状体であり、この平板状体はその平面が前記タービン軸の回転中心軸線を含む水平面に対してほぼ平行する関係にあることにより達成される。
(1)前記した比較例の軸流排気式蒸気タービン装置9Aの場合、排気ダクト6の内部に入り込むスプレー水78を噴射するノズル体77は、撒水部74に設置された多数のノズル体77の内、タービン軸81の回転中心軸線X−Xに対してほぼ平行されると共に蒸気タービン8の方に向けてスプレー水78を噴射するノズル体77であることに着目し、前記課題を解決するための手段の項の第(1)項,第(4)項による構成とすることで、この部位のノズル体77に替わるノズル体として、スプレー水78の水滴の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体を用いるようにする。これにより、復水器の高さ寸法を従来例の場合よりも削減をしたとしても、スプレー水78の排気ダクトへの侵入の阻止が可能になる。この結果、軸流排気式蒸気タービン装置の蒸気タービン8などの部位へのスプレー水78の侵入の防止と、直接接触式の復水器の高さ寸法の低減との両立が可能になり、蒸気タービン8などの据付用の架台や軸流排気式蒸気タービン装置を収容する建屋の高さ寸法が削減されることで、軸流排気式蒸気タービン装置の架台・建屋等の建設原価を従来例の場合よりも安価にすることが可能になる。また、
(2)前記課題を解決するための手段の項の第(1)項,第(5)項による構成とすることで、前記した比較例の軸流排気式蒸気タービン装置9Aの場合の排気ダクト6の内部に入り込むスプレー水78を噴射するノズル体77に対し、一部のノズル体77に替えてスプレー水78の水滴の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体を用いると共に、残るノズル体77に対してはノズル体77から噴射されたスプレー水78の上方への飛散を阻止する飛散阻止体を設けるようにする。これにより、前記(1)項に記述した効果と同様の効果を得ることが可能になる。さらにまた、
(3)前記課題を解決するための手段の項の第(2)項〜第(4)項による構成とすることで、前記した比較例の軸流排気式蒸気タービン装置9Aの場合の排気ダクト6の内部に入り込むスプレー水78を噴射するノズル体77に対し、前記(2)項の場合と同様に一部のノズル体77に替えてスプレー水78の水滴の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体を用いると共に、排気ダクトとしてその復水器が接続される部位の近傍に、互いに平行して配設された複数の平板状のガイドベーンで構成されたスプレー水防止体を設け、この複数のガイドベーンで、残るノズル体77から噴射されて排気ダクトに入り込むスプレー水78を捕捉するようにする。これにより、前記(1)項に記述した効果と同様の効果を、軸流排気式蒸気タービン装置に大容量の蒸気タービン8が使用される場合であっても得ることが可能になる。
『実施の形態1』図1は、この発明の実施の形態の一例による軸流排気式蒸気タービン装置を関連装置と共にその側面断面図として模式的に示す説明図であり、図2は図1におけるQ部の斜視図である。図1,図2において、1は、図8,図9に示した従来例による軸流排気式蒸気タービン装置9に対して、直接接触式の復水器7に替えて直接接触式の復水器2を用いるようにしたこの発明による軸流排気式蒸気タービン装置であり、98は蒸気タービン8および発電機91を据え付けるための架台である。
復水器2は、図8,図9に示した従来例による復水器7と対比すると、胴部71に替えて胴部21を備えると共に、撒水部74に替えて撒水部24を備えるようにしている。胴部21は撒水部24が持つ最上部のノズル体(ノズル体77など)の上部に従来例の場合のような広い空間を有さないことのみが従来例の胴部71と異なっている。そうして、胴部21は高さ寸法が異なることを除いては、従来例の復水器7の胴部71と同一の構造・形状を有している。したがって、復水器2の高さ寸法H2を、従来例の復水器7の場合の高さ寸法H7に対して削減することができている。撒水部24は、冷却水供給母管75、冷却水供給管76については従来例の撒水部74の冷却水供給母管75、冷却水供給管76と同一の構造・形状・寸法を有している。ただし、冷却水供給母管75,冷却水供給管76については、区別を明確にして説明できるようにするために、以降、蒸気タービン8に近い方のものを冷却水供給母管75A,冷却水供給管76Aとし、蒸気タービン8から遠い方のものを冷却水供給母管75B,冷却水供給管76Bとする。
ノズル体25から噴射されるスプレー水78のほぼ正四角錐状の飛散範囲のより詳しい形状は、この正四角錐状はほぼ長方形の底面形状を有し,この長方形の底面の長辺に平行する中心線とこの正四角錐の頂点とを含む平面がタービン軸81の回転中心軸線X−Xを含む水平面に対してほぼ平行している関係にある。そうして、この事例の場合には、ノズル体25のスプレー水78の噴射角度は、正四角錐状の長方形の底面形状に関する長辺に平行する中心線に関してほぼ平行する方向については約120度とノズル体77のスプレー水78の噴射角度と同等にされており、正四角錐状の長方形の底面形状に関する短辺に平行する中心線に関してほぼ平行する方向(以降、縦幅方向という。)については、例えば、約5度と狭小な噴射角度にされている。すなわち、ノズル体25はスプレー水78の水滴の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体である。
前記「発明が解決しようとする課題」の項で比較例の軸流排気式蒸気タービン装置9Aについて述べたように、撒水部74に設置された多数のノズル体77(スプレー水78の水滴の円錐形状の飛散ゾーンを持つ)の内で排気ダクト6の内部に入り込む可能性を持つスプレー水78を噴射するのは、タービン軸81の回転中心軸X−Xに平行すると共に蒸気タービン8の方に向けてスプレー水78を噴射するノズル体77であった。この発明の場合の復水器2の撒水部24が持つ多数のノズル体77,25の内で、タービン軸81の回転中心軸X−Xに平行すると共に、蒸気タービン8の方に向けてスプレー水78を噴射するノズル体77は、冷却水供給管76Aの最上部のノズル体の組を除いたノズル体の組に属するノズル体77である。しかしながら、撒水部24においては、これ等のノズル体77が噴射するスプレー水78は、図1を目視すれば明らかなように、復水器2の開口部73を通過することはない。
これにより、軸流排気式蒸気タービン装置1では、蒸気タービン8や蒸気タービン8に隣接する部位の排気ダクト6(ベローズ62を有する筒状部61が含まれる。)へのスプレー水78の侵入の防止と、直接接触式の復水器2の高さ寸法の低減とを両立することができる。また軸流排気式蒸気タービン装置1では、復水器2の高さ寸法H2を従来例の場合よりも削減することができることによって、架台98の高さ寸法および、軸流排気式蒸気タービン装置1を収容する不図示の建屋の高さ寸法を、従来例の軸流排気式蒸気タービン装置9の場合よりも削減することができる。そうして、このことによって、軸流排気式蒸気タービン装置1では架台・建屋等の建設原価を従来例の場合よりも安価にすることができる。
『実施の形態2』図3は、この発明の実施の形態の異なる例による軸流排気式蒸気タービン装置を関連装置と共にその側面断面図として模式的に示す説明図であり、図4は図3におけるR部の側面図であり、図5は図4におけるS矢視図である。なお、以下の説明においては、図1,図2に示したこの発明の実施の形態の一例による軸流排気式蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図3〜図5において、1Aは、図1,図2に示したこの発明の実施の形態の一例による軸流排気式蒸気タービン装置1に対して、直接接触式の復水器2に替えて直接接触式の復水器2Aを用いるようにしたこの発明による軸流排気式蒸気タービン装置である。
以上述べたように、この発明による軸流排気式蒸気タービン装置1Aは、使用するノズル体の一部にスプレー水78の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体25を用いると共に、スプレー水78の円錐形状の飛散ゾーンを持つノズル体77の一部を対象にこれ等のノズル体77から噴射されたスプレー水78の上方への飛散を阻止する飛散阻止体26を設けるようにしている。このようにすることにより、使用するノズル体の総個数を従来例の復水器7の場合と同等にしたままで、スプレー水78の排気ダクト6への侵入を効果的に阻止できることで、復水器2Aの高さ寸法H2を従来例の場合よりも削減することができる。
なお、図3〜図5に示した飛散阻止体26は、平面の形状・寸法が全て同一であるとして例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、上側に位置するノズル体77に対応して装着される飛散阻止体26は、そのA寸法(図4を参照)およびB寸法(図5を参照)を、下側に位置するノズル体77に対応して装着される飛散阻止体26よりも大きく設定してもよいものである。飛散阻止体26が装着される対象のノズル体77では、上側に位置するノズル体77ほど噴射するスプレー水78の内の排気ダクト6に入り込むことになる水滴の割合が大きくなるものであるため、飛散阻止体26のA寸法,B寸法を前記のように設定することで、各ノズル体77から噴射されるスプレー水78の内の排気ダクト6に入り込むことになる水滴のみを適切に阻止することができることになる。
『実施の形態3』図6は、この発明の実施の形態のさらに異なる例による軸流排気式蒸気タービン装置を関連装置と共にその側面断面図として模式的に示す説明図であり、図7は図6におけるT部の拡大断面図である。図6,図7において、1Bは、図3〜図5に示したこの発明の実施の形態の異なる例による軸流排気式蒸気タービン装置1Aに対して、直接接触式の復水器2Aに替えて直接接触式の復水器2Bを用いると共に、排気ダクト6に替えて排気ダクト3を用いるようにしたこの発明による軸流排気式蒸気タービン装置である。復水器2Bは、軸流排気式蒸気タービン装置1Aが備える復水器2Aと対比すると、撒水部24Aに替えて撒水部24Bを備えるようにしている。復水器2Bは胴部に復水器2,2Aと同一の胴部21が用いられていることによって、復水器2Bの高さ寸法は復水器2,復水器2Aの高さ寸法H2と同一である。
以上述べたように、この発明による軸流排気式蒸気タービン装置1Bは、復水器2Bに使用するノズル体として、スプレー水78の円錐形状の飛散ゾーンを持つノズル体77と,スプレー水78の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体25とを適切に使い分けて併用すると共に、排気ダクト3の復水器2Bが接続される部位の近傍に、互いに平行して配設された複数の平板状のガイドベーン32で構成されたスプレー水防止体31を設けるようにしている。このことにより、排気ダクト3に侵入するスプレー水78は、その水量を比較例の軸流排気式蒸気タービン装置9Aの場合と対比して大幅に抑制できると共に、その排気ダクト3への侵入方向・侵入範囲をスプレー水防止体31によって確実に捕捉する上で適切なものにすることができる。この結果、発明者らが検討したところでは、20MW級の軸流排気式蒸気タービン装置1Bの場合、ノズル体77,25の総使用個数を従来例の復水器7の場合のノズル体77の使用個数と同等にしたままで、復水器2Bの高さ寸法H2を2m前後程度と、従来例の場合の1/2程度に削減することができるとの結果を得ることができている。
なお、これまでのこの発明の軸流排気式蒸気タービン装置1〜1Bの説明では、復水器が備える撒水部24,撒水部24Aおよび撒水部24Bのそれぞれが有する冷却水供給母管は、冷却水供給母管75Aと冷却水供給母管75B〜75Dの2本であるとしてきた。しかし、蒸気タービン8に大容量のものが使用される場合には、冷却水供給母管の本数は、蒸気タービン8の容量に応じて3本または4本以上が必要になる。この発明の前記目的の達成を図る見地からは、前記軸流排気式蒸気タービン装置1と同様の構造方式を採用する場合には、3本目以上の冷却水供給母管に配設される冷却水供給管に装着されてタービン軸81の回転中心軸線X−Xに対してほぼ平行されると共に蒸気タービン8の方に向けてスプレー水78を噴射するノズル体には、スプレー水78の水滴の扁平な扇形状の飛散ゾーンを持つノズル体25である必要があることになる。しかしながら、軸流排気式蒸気タービン装置1と同様の構造方式を採用する場合には、1個当たりのスプレー水78の噴射水量がスプレー水78の水滴の円錐形状の飛散ゾーンを持つノズル体77よりも少ないノズル体25の使用割合が増大するので、例えば、冷却水供給母管に配設される1本当たりの冷却水供給管に対するノズル体25の装着個数の増大が必要になり、結果として冷却水供給管の長さの増大が不可欠になることなどによって、この発明の前記目的の達成が困難になる場合が有り得ることになる。
2B 復水器
21 胴部
24B 撒水部
25 ノズル体
3 排気ダクト
31 スプレー水防止体
32 ガイドベーン
63 胴部
77 ノズル体
78 スプレー水
8 蒸気タービン
Claims (5)
- タービン軸がほぼ水平に保持されて配設された軸流排気式の蒸気タービンと、複数の冷却水用のノズル体を持ちこれ等のノズル体で前記冷却水を霧状化してスプレー水として噴射する撒水部を有して前記蒸気タービンから排出される水蒸気である排気を復水させる直接接触式の復水器と、蒸気タービンから軸流排気される前記排気の通流方向をほぼ下向きに変更して前記復水器に導く排気ダクトとを備えた軸流排気式蒸気タービン装置において、
前記撒水部は前記ノズル体の一部に噴射される前記スプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つノズル体および/または前記撒水部は一部の前記ノズル体から噴射されたスプレー水が前記排気ダクト側に飛散されるのを阻止する飛散阻止体を備えることを特徴とする軸流排気式蒸気タービン装置。 - タービン軸がほぼ水平に保持されて配設された軸流排気式の蒸気タービンと、複数の冷却水用のノズル体を持ちこれ等のノズル体で前記冷却水を霧状化してスプレー水として噴射する撒水部を有して前記蒸気タービンから排出される水蒸気である排気を復水させる直接接触式の復水器と、蒸気タービンから軸流排気される前記排気の通流方向をほぼ下向きに変更して前記復水器に導く排気ダクトとを備えた軸流排気式蒸気タービン装置において、
前記排気ダクトは前記復水器が接続される部位の近傍に,前記排気を少ない圧力損失で通流させることができると共に前記ノズル体から噴射されるスプレー水の一部が前記蒸気タービンやこの蒸気タービンに隣接される部位の排気ダクトへ侵入するのを防止するスプレー水防止体を備え、前記復水器の撒水部は前記ノズル体の一部に噴射される前記スプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つノズル体を備えることを特徴とする軸流排気式蒸気タービン装置。 - 請求項2に記載の軸流排気式蒸気タービン装置において、前記排気ダクトが備える前記スプレー水防止体は、互いにほぼ平行に配設される長方形状の面形状を持つ複数の平板状のガイドベーンでなり、それぞれのガイドベーンは前記蒸気タービンから排出された直後の前記排気に対し若干斜め上向きの通流方向となるように案内する方向に前記タービン軸の回転中心軸線を含む水平面に対して傾けられた傾き角を持つ平面姿勢とされて前記排気ダクトの両側の側壁にその長さ方向の端部で装着されると共に、排気ダクトに侵入してくる前記スプレー水に対して複数のガイドベーンの全体によって全面的な侵入防止面が形成されるようにその面形状,相互間隔および前記傾き角が定められていることを特徴とする軸流排気式蒸気タービン装置。
- 請求項1から3までのいずれかに記載の軸流排気式蒸気タービン装置において、前記撒水部が備える噴射されるスプレー水が前記排気ダクト側に飛散されることのないスプレー水の噴射範囲を持つ一部のノズル体は、ほぼ長方形の底面形状を有するほぼ正四角錐状の範囲内にスプレー水の水滴を飛散させるものであると共に、前記正四角錐のほぼ長方形の底面の長辺に平行する中心線とこの正四角錐の頂点とを含む平面がほぼ水平面であることを特徴とする軸流排気式蒸気タービン装置。
- 請求項1に記載の軸流排気式蒸気タービン装置において、前記撒水部が備える前記飛散阻止体は前記ノズル体から噴射されるスプレー水の内の上方に飛散されるものの一部を阻止する平板状体であり、この平板状体はその平面が前記タービン軸の回転中心軸線を含む水平面に対してほぼ平行する関係にあることを特徴とする軸流排気式蒸気タービン装置。
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