JPH0661414B2 - 蒸気タービン装置 - Google Patents
蒸気タービン装置Info
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- JPH0661414B2 JPH0661414B2 JP60289545A JP28954585A JPH0661414B2 JP H0661414 B2 JPH0661414 B2 JP H0661414B2 JP 60289545 A JP60289545 A JP 60289545A JP 28954585 A JP28954585 A JP 28954585A JP H0661414 B2 JPH0661414 B2 JP H0661414B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/26—Drying gases or vapours
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
- B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
- B01D45/16—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
- F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
- F22B37/26—Steam-separating arrangements
- F22B37/32—Steam-separating arrangements using centrifugal force
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Description
【産業上の利用分野】 本発明は、タービン装置において使用される水分分離装
置に関し、特に高圧蒸気タービンから出てくる蒸気と水
分の混合物が水分分離器・再熱器に進入する前に高レベ
ルの蒸気の乾き度を得るため、該混合物から水分を抽出
するための水分分離装置に関するものである。
置に関し、特に高圧蒸気タービンから出てくる蒸気と水
分の混合物が水分分離器・再熱器に進入する前に高レベ
ルの蒸気の乾き度を得るため、該混合物から水分を抽出
するための水分分離装置に関するものである。
第１図は、大きな中央ステーションの発電設備において
一般に使用される如き大型の蒸気タービン装置１０を示
し、第１の高圧タービン部分１２と第２の低圧タービン
部分１４とを含んでいる。蒸気と水分の混合物は、発電
機１１の回転子と結合されたタービンのロータ１５を回
転させるため、高圧タービン部分１２と低圧タービン部
分１４を通過する間連続的に膨張させられる。高圧ター
ビン部分１２及び低圧タービン部分１４間の蒸気と水分
の移動は、それ等の間に配置された中間連絡構造２０に
よって可能にされる。蒸気と水分の混合物は、流入口１
７から進入してタービン装置１０内を流過し、高圧ター
ビン部分１２から排出部１６に至る間に膨張し、流出ノ
ズル即ち流出口２４から出て１つ以上の水分分離器・再
熱器１３（図では１つしか示さない）及び中間連絡構造
２０を通過して低圧タービン部分１４の流入口１８に入
り、低圧タービン部分１４を通過中も膨張する。 前記中間連絡構造２０は、高圧タービン部分１２から出
てくる蒸気と水分の混合物の水分を低下させる水分分離
器・再熱器１３を含み、これによりタービンの効率を向
上させて低圧タービンの排気水分を減少し、低圧タービ
ン部分１４における保守作業を減少させる。水分分離器
・再熱器１３は、蒸気と水分の混合物を受け取ってこれ
から水分を除去して排出するための１つの圧力容器及び
１つの水分分離器を含んでいる。蒸気は水分分離器上方
に上昇し、２つの管束部２１を通過し、ここで主蒸気ヘ
ッダ及び高圧タービン部分１２からの蒸気によって再熱
される。一般に、水分分離器は水分として蒸気と水分の
混合物の約１０％を抽出し、混合物の残りの９０％は管
束部２１の形態の再熱器に流れる。水分分離器・再熱器
１３からの流出管路２２には２つの自動弁１９ａ、１９
ｂが設けられ、この自動弁は、タービンのトリップと同
時に閉鎖して低圧タービン部分１４を経て高圧タービン
部分１２及び再熱器内に同伴された蒸気の膨張から結果
として生じるタービン装置１０の過大速度を制御する。
再熱された高温の蒸気と水分の混合物は低圧タービン部
分１４へ送られる。要求される電気出力に応じて１つ以
上の低圧タービン１４を対タービン装置１０内に設ける
ことができる。 流出管路２２は、一般には、高圧タービン部分１２と低
圧タービン部分１４の間に配置される中間連絡構造２０
の一部として知られる。このような中間連絡構造２０を
流れる蒸気と水分の混合物は、ある水分が凝縮した所謂
「湿潤域」に該当する熱力学的状態を有する。このよう
な凝縮は、中間連絡構造２０の内側及び高圧タービン部
分１２の流出口２４に集中する選好性を呈する。集まっ
た水分の水滴は、中間連絡構造２０を流過する蒸気と水
分の混合物の大きな速度によって中間連絡構造２０の内
表面から間欠的に剥離される。分離した水滴は、高速の
混合物によって加速されて低圧タービン部分１４の多く
の構成要素と衝突し、このため、同低圧タービンのロー
タ及びブレードの腐食を惹起する。このような腐食は、
低圧タービン部分１４及び中間連絡構造２０の性能及び
信頼性に悪影響を及ぼし得る。更に、流出口２４から水
分分離器・再熱器１３へ伸びる管路は、一般に炭素鋼の
管材から作られ、実質的な腐食に曝されるおそれがあ
る。タービン装置１０が典型的には５年以上も実質的な
運転に供された場合、この管路、水分分離器・再熱器１
３及び流出管路２２は特に腐食を受ける。 従来技術は多くの効率的な水分分離装置の事例を有し、
この装置はモジュール構造で第１図に示すようにタービ
ン装置１０に接続することができる。このような水分分
離装置と水分分離器とを接続するためには、高圧タービ
ン部分１２と上記のモジュール構造の水分分離装置と
を、更にこのモジュール構造の水分分離装置と水分分離
器・再熱器１３とを連絡するため特別に設計された管路
を必要とする。コストに加えて、このような相互に連絡
された水分分離装置及び水分分離器はこれを流過する蒸
気の速度を減殺し、蒸気が低圧タービン部分１４に流れ
る時蒸気に対して不当な圧力低下を生じることがある。
一般に使用される如き大型の蒸気タービン装置１０を示
し、第１の高圧タービン部分１２と第２の低圧タービン
部分１４とを含んでいる。蒸気と水分の混合物は、発電
機１１の回転子と結合されたタービンのロータ１５を回
転させるため、高圧タービン部分１２と低圧タービン部
分１４を通過する間連続的に膨張させられる。高圧ター
ビン部分１２及び低圧タービン部分１４間の蒸気と水分
の移動は、それ等の間に配置された中間連絡構造２０に
よって可能にされる。蒸気と水分の混合物は、流入口１
７から進入してタービン装置１０内を流過し、高圧ター
ビン部分１２から排出部１６に至る間に膨張し、流出ノ
ズル即ち流出口２４から出て１つ以上の水分分離器・再
熱器１３（図では１つしか示さない）及び中間連絡構造
２０を通過して低圧タービン部分１４の流入口１８に入
り、低圧タービン部分１４を通過中も膨張する。 前記中間連絡構造２０は、高圧タービン部分１２から出
てくる蒸気と水分の混合物の水分を低下させる水分分離
器・再熱器１３を含み、これによりタービンの効率を向
上させて低圧タービンの排気水分を減少し、低圧タービ
ン部分１４における保守作業を減少させる。水分分離器
・再熱器１３は、蒸気と水分の混合物を受け取ってこれ
から水分を除去して排出するための１つの圧力容器及び
１つの水分分離器を含んでいる。蒸気は水分分離器上方
に上昇し、２つの管束部２１を通過し、ここで主蒸気ヘ
ッダ及び高圧タービン部分１２からの蒸気によって再熱
される。一般に、水分分離器は水分として蒸気と水分の
混合物の約１０％を抽出し、混合物の残りの９０％は管
束部２１の形態の再熱器に流れる。水分分離器・再熱器
１３からの流出管路２２には２つの自動弁１９ａ、１９
ｂが設けられ、この自動弁は、タービンのトリップと同
時に閉鎖して低圧タービン部分１４を経て高圧タービン
部分１２及び再熱器内に同伴された蒸気の膨張から結果
として生じるタービン装置１０の過大速度を制御する。
再熱された高温の蒸気と水分の混合物は低圧タービン部
分１４へ送られる。要求される電気出力に応じて１つ以
上の低圧タービン１４を対タービン装置１０内に設ける
ことができる。 流出管路２２は、一般には、高圧タービン部分１２と低
圧タービン部分１４の間に配置される中間連絡構造２０
の一部として知られる。このような中間連絡構造２０を
流れる蒸気と水分の混合物は、ある水分が凝縮した所謂
「湿潤域」に該当する熱力学的状態を有する。このよう
な凝縮は、中間連絡構造２０の内側及び高圧タービン部
分１２の流出口２４に集中する選好性を呈する。集まっ
た水分の水滴は、中間連絡構造２０を流過する蒸気と水
分の混合物の大きな速度によって中間連絡構造２０の内
表面から間欠的に剥離される。分離した水滴は、高速の
混合物によって加速されて低圧タービン部分１４の多く
の構成要素と衝突し、このため、同低圧タービンのロー
タ及びブレードの腐食を惹起する。このような腐食は、
低圧タービン部分１４及び中間連絡構造２０の性能及び
信頼性に悪影響を及ぼし得る。更に、流出口２４から水
分分離器・再熱器１３へ伸びる管路は、一般に炭素鋼の
管材から作られ、実質的な腐食に曝されるおそれがあ
る。タービン装置１０が典型的には５年以上も実質的な
運転に供された場合、この管路、水分分離器・再熱器１
３及び流出管路２２は特に腐食を受ける。 従来技術は多くの効率的な水分分離装置の事例を有し、
この装置はモジュール構造で第１図に示すようにタービ
ン装置１０に接続することができる。このような水分分
離装置と水分分離器とを接続するためには、高圧タービ
ン部分１２と上記のモジュール構造の水分分離装置と
を、更にこのモジュール構造の水分分離装置と水分分離
器・再熱器１３とを連絡するため特別に設計された管路
を必要とする。コストに加えて、このような相互に連絡
された水分分離装置及び水分分離器はこれを流過する蒸
気の速度を減殺し、蒸気が低圧タービン部分１４に流れ
る時蒸気に対して不当な圧力低下を生じることがある。
従って、本発明の目的は、高圧タービン部分から中間連
絡構造を経て低圧タービン部分に流れる蒸気と水分の混
合物の水分を大幅に減少させ、これにより、これら要素
に対する腐食を減少させるための新規かつ改善された水
分分離装置の提供にある。 本発明の別の目的は、更に中間連絡構造を使用すること
なく高圧タービン部に容易に取り付けることができる水
分分離装置の提供にある。 本発明の更に特定の目的は、流出口から流れ出る蒸気と
水分の混合物からの比較的大きな水滴、例えば５０μ以
上の直径を有する水滴を除去するため、高圧タービン部
分の流出口と関連する水分分離装置の提供にある。
絡構造を経て低圧タービン部分に流れる蒸気と水分の混
合物の水分を大幅に減少させ、これにより、これら要素
に対する腐食を減少させるための新規かつ改善された水
分分離装置の提供にある。 本発明の別の目的は、更に中間連絡構造を使用すること
なく高圧タービン部に容易に取り付けることができる水
分分離装置の提供にある。 本発明の更に特定の目的は、流出口から流れ出る蒸気と
水分の混合物からの比較的大きな水滴、例えば５０μ以
上の直径を有する水滴を除去するため、高圧タービン部
分の流出口と関連する水分分離装置の提供にある。
上記目的を達成するため、本発明による蒸気タービン装
置は、ａ）流出口を有すると共に、軸心を有する該流出
口の近傍に、水分を収集するプレナム壁を有する第１の
タービン部分、及び流入口を有する第２のタービン部分
と、ｂ）前記流出口と前記流入口との間に蒸気と水分の
混合物を送るため該流出口及び該流入口間に配置された
中間連絡構造と、ｃ）第１の開口及び第２の開口を有し
て前記中間連絡構造の内部に配置された中空部材であっ
て、前記第１の開口は、前記流出口に対して封止され、
前記中空部材は、前記第１のタービン部分内に延入して
前記第２の開口を形成するリップ部を有し、該第２の開
口の寸法は、前記中空部材が前記プレナム壁に接触する
水分を捕捉して同水分を排出するように前記流出口と重
なり合い、かつ前記流出口を通るよう指向された前記蒸
気と水分の混合物が前記接触した水分を剥離して前記中
間連絡構造に送るのを阻止するように、定められてい
る、前記中空部材と、ｄ）前記中空部材内に配置され
て、前記蒸気と水分の混合物から水分を受けて収集する
ように前記蒸気と水分の流れに関して方向付けられた収
集面をそれぞれが有する複数のベーンであって、各ベー
ンは、前記流出口の前記軸心から前記中空部材の内周面
に向かって延びると共に、前記ベーンの前記収集面に
は、同収集面上に集められた水を受ける複数の穿孔が形
成されている、前記ベーンと、を備えている。
置は、ａ）流出口を有すると共に、軸心を有する該流出
口の近傍に、水分を収集するプレナム壁を有する第１の
タービン部分、及び流入口を有する第２のタービン部分
と、ｂ）前記流出口と前記流入口との間に蒸気と水分の
混合物を送るため該流出口及び該流入口間に配置された
中間連絡構造と、ｃ）第１の開口及び第２の開口を有し
て前記中間連絡構造の内部に配置された中空部材であっ
て、前記第１の開口は、前記流出口に対して封止され、
前記中空部材は、前記第１のタービン部分内に延入して
前記第２の開口を形成するリップ部を有し、該第２の開
口の寸法は、前記中空部材が前記プレナム壁に接触する
水分を捕捉して同水分を排出するように前記流出口と重
なり合い、かつ前記流出口を通るよう指向された前記蒸
気と水分の混合物が前記接触した水分を剥離して前記中
間連絡構造に送るのを阻止するように、定められてい
る、前記中空部材と、ｄ）前記中空部材内に配置され
て、前記蒸気と水分の混合物から水分を受けて収集する
ように前記蒸気と水分の流れに関して方向付けられた収
集面をそれぞれが有する複数のベーンであって、各ベー
ンは、前記流出口の前記軸心から前記中空部材の内周面
に向かって延びると共に、前記ベーンの前記収集面に
は、同収集面上に集められた水を受ける複数の穿孔が形
成されている、前記ベーンと、を備えている。
本発明によれば、中間連絡構造２０内の腐食は、その内
部を流れる蒸気と水分の混合物の熱力学的状態に大きく
依存している。特に、腐食の速度及び程度は、蒸気と水
分の混合物における水滴の大きさと対応する。更に、蒸
気と水分の混合物における全水分の一部が全腐食量の大
部分を生じる。中間連絡構造２０内の水分は１０％程度
であることが判っており、この水分の大部分は１０μ程
度の直径を有する比較的小さな水滴として存在する。こ
のような水滴の混合物は、高圧タービン部分１２内にお
ける熱力学的な膨張によって形成される。蒸気と水分の
混合物の大半はブレード表面とも或は高圧タービン部分
１２の端壁面の境界域とも接触せず、このため比較的小
さな水滴の混合物の熱力学的な膨張を許容する。一方、
少量の蒸気と水分の混合物が高圧タービン部分１２の内
側の端壁面及びブレード表面と接触し、ここで凝縮乃至
は塊状集積を生じる。もしこの塊状集積が除去されなけ
れば、高速の蒸気と水分の混合物は１００μ程度の直径
の比較的大きな水滴の形態でこの水分を拾うことにな
る。このような大きな水滴が水分分離器・再熱器１３及
び中間連絡構造２０に対して水分による主要な損傷を惹
起することが判った。 次に第２図においては、本発明の教示内容に従った高圧
タービン部分１２の流出口２４と関連した水分分離装置
が示されている。この高圧タービン部分１２は、蒸気と
水分の混合物を保有する空間乃至はプレナム部２５を含
む。この混合物は、第１図に示されるように、プレナム
部２５から流出口２４を通って水分分離器・再熱器１３
へ強制的に送られる。前述の如く、蒸気と水分の混合物
内の水分はプレナム壁２６上に集まる。もしこの集まっ
た水分が除去されなければ、高圧の混合物は、比較的大
きな水滴の形態の水分を拾って水分分離器・再熱器１３
と中間連絡構造２０へ運ぶことになる。本発明の教示内
容によれば、水分分離器・再熱器１３及び中間連絡構造
２０へ運ばれてこれらに重大な腐食を生じる前に、プレ
ナム壁２６における水分の塊状集積の大部分を集める３
段式の水分分離装置が含まれている。 本発明の教示内容によるこの水分分離装置の第１段は、
プレナム壁２６に集まった水分を捕捉してこれを除去
し、第２図に示されるようにプレナムの捕集リップ部３
０によってこのような分離を行なう。第２図に示した実
施例においては、この捕集リップ部３０は腐食ライナー
（中空部材）２８と一体的に関連している。捕集リップ
部３０は、その前端部における直径が流出口２４の直径
よりも大きく、これにより、蒸気と水分の混合物の流動
パターンが前記腐食ライナー２８と流出口２４の内周面
との間に形成された環状の空間３８に対して集まった水
分を指向させる。排出ボスが流出口２４内部に配置さ
れ、これにより収集された水分を排出することができ
る。第２図において、捕集リップ部３０は、プレナム壁
２６に集まった水分が蒸気と水分の混合物により拾われ
て流出口２４を経て水分分離器・再熱器１３及び交差構
造部２０に対して運ばれる、ことを防止するような形状
になっている。 前記捕集リップ部３０の直径及び形状は２つの制約条件
によって設定される。上記の如く、水はプレナム壁２６
と接触して流出口２４と隣接する前記領域において「濃
度の高い液体」の層を形成する。捕集リップ部３０とプ
レナム壁２６間の間隔は、蒸気と水分の混合物の流れが
この「濃度の高い液体」層を記号Ｓで示した間隙即ち間
隔を経て環状空間３８内に指向させるように非常に大き
く設定されている。単位時間当りの水分の量をｍとする
と、捕捉量は下式により近似値を求めることができる。
即ち、 ｍ＝（１−Ｘ）ρＶπＤＳ 但し、Ｖは蒸気と水分の混合物の速度で「濃度の高い液
体」層の速度を表わし、Ｓは間隙を表わし、Ｄは第２図
に示した如き流出口の直径を表わし、Ｘは蒸気と水分の
混合物中の蒸気水分の相対質量に関する該混合物の液体
層の性質（quality）、及びρはこの液体の密度であ
る。 一方、もし間隙Ｓがあまり大きく設定されると、捕集リ
ップ部３０は蒸気と水分の混合物の流れに干渉してこの
流れにおける乱流を生じ、これによりプレナム壁２６上
の「濃度の高い液体」層から拾い上げられる水分の量が
著しく増加する。間隙Ｓは流出口２４の断面積、液体の
性状及び流出口を流れる速度の関数として定義される。
この環状間隙の面積は流出口２４の全断面積の１０％を
越えないものとする。 更に、捕集リップ部３０の形状は、プレナム壁２６と流
出口２４間の境界域の形状と一致するように形成され、
これにより乱流の程度を最小限度に抑えることができ
る。 本発明の水分分離装置の第２段は、第２図に示すように
複数の湾曲したベーン３２の構造からなっている。特
に、このベーン３２は、流出口２４の軸心から半径方向
に延長するように配置されている。各ベーン３２は流出
口２４の軸心と一致するように配置された中心の柱体４
２から延長し、これから腐食ライナー２８の内周面に向
かって半径方向外方へ延長している。ベーン３２の配置
は、流出口２４を流過する蒸気と水分の混合物に対して
小さな抵抗を生じて、逐次混合物を旋回させてその内部
を圧力の勾配を生じる。その結果、混合物中の液体は気
相よりも大きな液相のモーメントによりベーン３２の一
方に対して強制される。ベーン３２に対して強制された
液体は位置的に変更可能な面積の穿孔３３を通って抽出
される。換言すれば、最初に流出口２４を経た蒸気と水
分の混合物の流れに遭遇するようなベーン３２の底部に
配置されたこれらの穿孔３３は、上述の流れの下流側に
配置された穿孔３３とは異なる寸法、一般にはこれより
大きな寸法とする。穿孔３３の寸法をこのように定める
ことにより、 排出水の容量を最適化する。更に、穿孔３３は、収集し
た液体を腐食ライナー２８及び環状空間３８を経てボス
４０から排出されるように指向させる複数の抽出ポート
３４と結合される。 流出口２４を流れる気相の混合物の全量が穿孔３３によ
って収集されるわけではない。むしろ、水分の除去の最
終的段階が腐食ライナー２８によって行なわれるのであ
る。第２図に示すように、腐食ライナー２８は略々円筒
状の形態であり、流出口２４の軸心に対して略々平行に
整列し列状に腐食ライナー２８の周囲に相互に離間され
て配置された複数の開口３１を有する。ベーン３２の配
置及び形状は、蒸気と水分の混合物の気相に比較して大
きな液相のモーメントの故に、前記混合物を腐食ライナ
ー２８の内周面に当るように指向させる。腐食ライナー
２８の内周面は混合物を収集し、開口３１は環状空間３
８を通ってボス４０により排出されるように水分を指向
させるのである。 次に、第３図及び第４図においては参考例が示されてい
るが、同図において、類似の要素は１００番台であるこ
とを除いて同じ番号で示される。捕集リップ部１３０
は、高圧タービン部分１１２の流出口１２４に隣接して
配置されている。特に第３図に示されるように、捕集リ
ップ部１３０は円筒の形状が与えられ、プレナム壁１２
６の内周面に向かって外方に湾曲している。プレナム壁
１２６の内部には収集した液体を排出するため複数の排
出ボス１４０が配置されている。点線で示されるように
流出管路１２２は流出口１２４に対して直接結合されて
いる。捕集リップ部１３０は、オーステナイトのステン
レス鋼または合金６００の如き耐食性を有する材料から
作られる。望ましい実施態様においては、合金６００
は、その膨張係数が高圧部１２５が作られる低合金鋼に
付近くように選択される。第３図に示されるように、捕
集リップ部１３０の直径はその排出端部において排出口
１３１まで下方に小さくなっている。 捕集リップ部１３０及びプレナム壁１２６が作られる材
料の異なる熱特性の故に、捕集リップ部１３０がプレナ
ム１２５に対して溶接される方法については特別な注意
が必要である。その間の溶接点は、溶接部分が捕集リッ
プ部１３０の局部壁面よりも大きな強さを有することを
保証するように設計される。第３図に示されるように、
溶接点１４２は、排出口とプレナム１２５の端部との間
で形成される。もし溶接点１４２に割損が生じると、捕
集リップ部１３０とプレナム壁１２６間の環状空間１３
８内に収集された水分は蒸気の主要部分に混入して大き
な水滴を生じ、このため交差構造部２０及び湿分分離器
・再熱器１３の腐食の可能性を増大する。このため、溶
接点１４２を慎重に形成した後その健全性を確認するた
め検査するよう注意を払う。 第３図に示したように、捕集リップ部１３０はその強度
が増す特定の曲率を有する。更に、その形状及び寸法
は、上記の如く、蒸気と水分の混合物の流れに乱流を不
当に生じることなく捕集リップ部１３０によって捕捉さ
れ得るプレナム壁１２６上の「濃度の高い液体」層にお
ける水分量を最大にするよう管理される。一般に、捕集
リップ部１３０をできるだけ適当に外側即ちプレナム１
２５まで延長することが望ましい。この挿入の程度は、
プレナム１２５の形態によって制限することができる。
例えば、第３図に示すように、捕集リップ部１３０は、
プレナム１２５がその流出口１２４に向って下方に細く
なり始める地点と対応する距離だけ延在している。 剛性を更に高めるため、捕集リップ部１３０は例えば４
つの長手方向の補強リップを有する。第４図に示すよう
に、この捕集リップ部は４つの部分１３０ａ，１３０
ｂ，１３０ｃ，１３０ｄから構成することができる。こ
の捕集リップ部１３０の各部はその端部に配置されたリ
ブ１４６を有する。例えば、部分１３８はリブ１４６ａ
１，１４６ａ２を有する。本発明の一実施例において
は、隣接するリブ１４６例えば１４６ａ２，１４６ｂ１
は隣接する部分を一緒に緊締すると同時に捕集リップ部
１３０の剛性を更に高めるため強いリブを提供するよう
Ｖ形溝となるように溶接される。このような支持構造
は、捕集リップ部１３０とプレナム１２５間におけるガ
タ付きの可能性を低減する更に、溶接部を形成する間各
部分を把持して定置するための手段を提供するため、捕
集リップ部１３０の内面に複数の突起１４８を設けるこ
とができる。 本発明の水分分離装置は、高圧タービン部分１２のプレ
ナム部２５内に配置され、特にその流出口２４に隣接し
て配置されている。その結果、この水分分離装置は、高
圧タービン部分１２及びその水分分離器・再熱器１３と
の間に別個のモジュール構造の水分分離装置を挿入する
ことにより要する如き設計変更及び経費を最小限度に抑
えて、現在ある蒸気タービン装置１０内に取り付けるこ
とができる。初めの観察は、本発明の水分分離装置が流
出口２４と水分分離器・再熱器１３間の中間連絡構造２
０の前記部分において著しく、少なくとも５０％腐食速
度を低下することを示す。このような腐食の低下は、主
として中間連絡構造２０における水の膜を破壊して同伴
することを起点とする大きな水滴の除去からもたらされ
る。更に、捕集リップ部３０及び流出口２４に隣接する
その腐食ライナー２８の配置が中間連絡構造の速度の増
加及び別個の水分分離装置の使用と関連する他の損失を
回避する。第２の利点としては、本発明の水分分離装置
が現在ある水分分離器・再熱器１３と関連する保守経費
を減少させて、水分の除去の必要を低下しかつその予期
される腐食を減少することである。本発明の別の利点
は、中間連絡構造２０に存在する水分の予期される減少
が中間連絡構造２０内の流れと関連する圧力の低下を減
少させ、これにより熱利用率に改善をもたらすことにあ
る。高圧タービン部分１２と水分分離器・再熱器１３間
の中間連絡構造２０の前記部分における圧力の損失の１
％の低下を示す最初の計算は熱利用率に約１２ＢＴＵ／
ＫＷＨの改善を生じることになる。 本発明を使用することの主な利点は、中間連絡構造２０
の腐食の低下及び信頼性の改善にある。これは、さもな
ければタービンの排気に存在することになる大きな水滴
即ち５０μ以上の水滴の捕捉によって達成される。存在
する全水分の約２０％を占めるこのような大きな水滴
は、プレナム壁２６に接触してこれを水の膜で覆うかな
りのドリフト速度を有する。このような水の膜が厚さを
増すと、プレナム壁２６から一部が剥離して中間連絡構
造２０と衝突し得る大きな水滴を形成してその内面を腐
食する。蒸気と水分の混合物の液相の大きな部分、少な
くとも８０％が１０μ以下の非常に小さな水滴の形態を
呈する。これらの水滴は蒸気と水分の混合物の経路に略
々追従して腐食の損傷に殆ど寄与することがない。 本発明の考察に際して、本文の開示は単に例示であり、
本発明の範囲は専ら頭書の特許請求の範囲によって決定
されるべきことを想起すべきである。
部を流れる蒸気と水分の混合物の熱力学的状態に大きく
依存している。特に、腐食の速度及び程度は、蒸気と水
分の混合物における水滴の大きさと対応する。更に、蒸
気と水分の混合物における全水分の一部が全腐食量の大
部分を生じる。中間連絡構造２０内の水分は１０％程度
であることが判っており、この水分の大部分は１０μ程
度の直径を有する比較的小さな水滴として存在する。こ
のような水滴の混合物は、高圧タービン部分１２内にお
ける熱力学的な膨張によって形成される。蒸気と水分の
混合物の大半はブレード表面とも或は高圧タービン部分
１２の端壁面の境界域とも接触せず、このため比較的小
さな水滴の混合物の熱力学的な膨張を許容する。一方、
少量の蒸気と水分の混合物が高圧タービン部分１２の内
側の端壁面及びブレード表面と接触し、ここで凝縮乃至
は塊状集積を生じる。もしこの塊状集積が除去されなけ
れば、高速の蒸気と水分の混合物は１００μ程度の直径
の比較的大きな水滴の形態でこの水分を拾うことにな
る。このような大きな水滴が水分分離器・再熱器１３及
び中間連絡構造２０に対して水分による主要な損傷を惹
起することが判った。 次に第２図においては、本発明の教示内容に従った高圧
タービン部分１２の流出口２４と関連した水分分離装置
が示されている。この高圧タービン部分１２は、蒸気と
水分の混合物を保有する空間乃至はプレナム部２５を含
む。この混合物は、第１図に示されるように、プレナム
部２５から流出口２４を通って水分分離器・再熱器１３
へ強制的に送られる。前述の如く、蒸気と水分の混合物
内の水分はプレナム壁２６上に集まる。もしこの集まっ
た水分が除去されなければ、高圧の混合物は、比較的大
きな水滴の形態の水分を拾って水分分離器・再熱器１３
と中間連絡構造２０へ運ぶことになる。本発明の教示内
容によれば、水分分離器・再熱器１３及び中間連絡構造
２０へ運ばれてこれらに重大な腐食を生じる前に、プレ
ナム壁２６における水分の塊状集積の大部分を集める３
段式の水分分離装置が含まれている。 本発明の教示内容によるこの水分分離装置の第１段は、
プレナム壁２６に集まった水分を捕捉してこれを除去
し、第２図に示されるようにプレナムの捕集リップ部３
０によってこのような分離を行なう。第２図に示した実
施例においては、この捕集リップ部３０は腐食ライナー
（中空部材）２８と一体的に関連している。捕集リップ
部３０は、その前端部における直径が流出口２４の直径
よりも大きく、これにより、蒸気と水分の混合物の流動
パターンが前記腐食ライナー２８と流出口２４の内周面
との間に形成された環状の空間３８に対して集まった水
分を指向させる。排出ボスが流出口２４内部に配置さ
れ、これにより収集された水分を排出することができ
る。第２図において、捕集リップ部３０は、プレナム壁
２６に集まった水分が蒸気と水分の混合物により拾われ
て流出口２４を経て水分分離器・再熱器１３及び交差構
造部２０に対して運ばれる、ことを防止するような形状
になっている。 前記捕集リップ部３０の直径及び形状は２つの制約条件
によって設定される。上記の如く、水はプレナム壁２６
と接触して流出口２４と隣接する前記領域において「濃
度の高い液体」の層を形成する。捕集リップ部３０とプ
レナム壁２６間の間隔は、蒸気と水分の混合物の流れが
この「濃度の高い液体」層を記号Ｓで示した間隙即ち間
隔を経て環状空間３８内に指向させるように非常に大き
く設定されている。単位時間当りの水分の量をｍとする
と、捕捉量は下式により近似値を求めることができる。
即ち、 ｍ＝（１−Ｘ）ρＶπＤＳ 但し、Ｖは蒸気と水分の混合物の速度で「濃度の高い液
体」層の速度を表わし、Ｓは間隙を表わし、Ｄは第２図
に示した如き流出口の直径を表わし、Ｘは蒸気と水分の
混合物中の蒸気水分の相対質量に関する該混合物の液体
層の性質（quality）、及びρはこの液体の密度であ
る。 一方、もし間隙Ｓがあまり大きく設定されると、捕集リ
ップ部３０は蒸気と水分の混合物の流れに干渉してこの
流れにおける乱流を生じ、これによりプレナム壁２６上
の「濃度の高い液体」層から拾い上げられる水分の量が
著しく増加する。間隙Ｓは流出口２４の断面積、液体の
性状及び流出口を流れる速度の関数として定義される。
この環状間隙の面積は流出口２４の全断面積の１０％を
越えないものとする。 更に、捕集リップ部３０の形状は、プレナム壁２６と流
出口２４間の境界域の形状と一致するように形成され、
これにより乱流の程度を最小限度に抑えることができ
る。 本発明の水分分離装置の第２段は、第２図に示すように
複数の湾曲したベーン３２の構造からなっている。特
に、このベーン３２は、流出口２４の軸心から半径方向
に延長するように配置されている。各ベーン３２は流出
口２４の軸心と一致するように配置された中心の柱体４
２から延長し、これから腐食ライナー２８の内周面に向
かって半径方向外方へ延長している。ベーン３２の配置
は、流出口２４を流過する蒸気と水分の混合物に対して
小さな抵抗を生じて、逐次混合物を旋回させてその内部
を圧力の勾配を生じる。その結果、混合物中の液体は気
相よりも大きな液相のモーメントによりベーン３２の一
方に対して強制される。ベーン３２に対して強制された
液体は位置的に変更可能な面積の穿孔３３を通って抽出
される。換言すれば、最初に流出口２４を経た蒸気と水
分の混合物の流れに遭遇するようなベーン３２の底部に
配置されたこれらの穿孔３３は、上述の流れの下流側に
配置された穿孔３３とは異なる寸法、一般にはこれより
大きな寸法とする。穿孔３３の寸法をこのように定める
ことにより、 排出水の容量を最適化する。更に、穿孔３３は、収集し
た液体を腐食ライナー２８及び環状空間３８を経てボス
４０から排出されるように指向させる複数の抽出ポート
３４と結合される。 流出口２４を流れる気相の混合物の全量が穿孔３３によ
って収集されるわけではない。むしろ、水分の除去の最
終的段階が腐食ライナー２８によって行なわれるのであ
る。第２図に示すように、腐食ライナー２８は略々円筒
状の形態であり、流出口２４の軸心に対して略々平行に
整列し列状に腐食ライナー２８の周囲に相互に離間され
て配置された複数の開口３１を有する。ベーン３２の配
置及び形状は、蒸気と水分の混合物の気相に比較して大
きな液相のモーメントの故に、前記混合物を腐食ライナ
ー２８の内周面に当るように指向させる。腐食ライナー
２８の内周面は混合物を収集し、開口３１は環状空間３
８を通ってボス４０により排出されるように水分を指向
させるのである。 次に、第３図及び第４図においては参考例が示されてい
るが、同図において、類似の要素は１００番台であるこ
とを除いて同じ番号で示される。捕集リップ部１３０
は、高圧タービン部分１１２の流出口１２４に隣接して
配置されている。特に第３図に示されるように、捕集リ
ップ部１３０は円筒の形状が与えられ、プレナム壁１２
６の内周面に向かって外方に湾曲している。プレナム壁
１２６の内部には収集した液体を排出するため複数の排
出ボス１４０が配置されている。点線で示されるように
流出管路１２２は流出口１２４に対して直接結合されて
いる。捕集リップ部１３０は、オーステナイトのステン
レス鋼または合金６００の如き耐食性を有する材料から
作られる。望ましい実施態様においては、合金６００
は、その膨張係数が高圧部１２５が作られる低合金鋼に
付近くように選択される。第３図に示されるように、捕
集リップ部１３０の直径はその排出端部において排出口
１３１まで下方に小さくなっている。 捕集リップ部１３０及びプレナム壁１２６が作られる材
料の異なる熱特性の故に、捕集リップ部１３０がプレナ
ム１２５に対して溶接される方法については特別な注意
が必要である。その間の溶接点は、溶接部分が捕集リッ
プ部１３０の局部壁面よりも大きな強さを有することを
保証するように設計される。第３図に示されるように、
溶接点１４２は、排出口とプレナム１２５の端部との間
で形成される。もし溶接点１４２に割損が生じると、捕
集リップ部１３０とプレナム壁１２６間の環状空間１３
８内に収集された水分は蒸気の主要部分に混入して大き
な水滴を生じ、このため交差構造部２０及び湿分分離器
・再熱器１３の腐食の可能性を増大する。このため、溶
接点１４２を慎重に形成した後その健全性を確認するた
め検査するよう注意を払う。 第３図に示したように、捕集リップ部１３０はその強度
が増す特定の曲率を有する。更に、その形状及び寸法
は、上記の如く、蒸気と水分の混合物の流れに乱流を不
当に生じることなく捕集リップ部１３０によって捕捉さ
れ得るプレナム壁１２６上の「濃度の高い液体」層にお
ける水分量を最大にするよう管理される。一般に、捕集
リップ部１３０をできるだけ適当に外側即ちプレナム１
２５まで延長することが望ましい。この挿入の程度は、
プレナム１２５の形態によって制限することができる。
例えば、第３図に示すように、捕集リップ部１３０は、
プレナム１２５がその流出口１２４に向って下方に細く
なり始める地点と対応する距離だけ延在している。 剛性を更に高めるため、捕集リップ部１３０は例えば４
つの長手方向の補強リップを有する。第４図に示すよう
に、この捕集リップ部は４つの部分１３０ａ，１３０
ｂ，１３０ｃ，１３０ｄから構成することができる。こ
の捕集リップ部１３０の各部はその端部に配置されたリ
ブ１４６を有する。例えば、部分１３８はリブ１４６ａ
１，１４６ａ２を有する。本発明の一実施例において
は、隣接するリブ１４６例えば１４６ａ２，１４６ｂ１
は隣接する部分を一緒に緊締すると同時に捕集リップ部
１３０の剛性を更に高めるため強いリブを提供するよう
Ｖ形溝となるように溶接される。このような支持構造
は、捕集リップ部１３０とプレナム１２５間におけるガ
タ付きの可能性を低減する更に、溶接部を形成する間各
部分を把持して定置するための手段を提供するため、捕
集リップ部１３０の内面に複数の突起１４８を設けるこ
とができる。 本発明の水分分離装置は、高圧タービン部分１２のプレ
ナム部２５内に配置され、特にその流出口２４に隣接し
て配置されている。その結果、この水分分離装置は、高
圧タービン部分１２及びその水分分離器・再熱器１３と
の間に別個のモジュール構造の水分分離装置を挿入する
ことにより要する如き設計変更及び経費を最小限度に抑
えて、現在ある蒸気タービン装置１０内に取り付けるこ
とができる。初めの観察は、本発明の水分分離装置が流
出口２４と水分分離器・再熱器１３間の中間連絡構造２
０の前記部分において著しく、少なくとも５０％腐食速
度を低下することを示す。このような腐食の低下は、主
として中間連絡構造２０における水の膜を破壊して同伴
することを起点とする大きな水滴の除去からもたらされ
る。更に、捕集リップ部３０及び流出口２４に隣接する
その腐食ライナー２８の配置が中間連絡構造の速度の増
加及び別個の水分分離装置の使用と関連する他の損失を
回避する。第２の利点としては、本発明の水分分離装置
が現在ある水分分離器・再熱器１３と関連する保守経費
を減少させて、水分の除去の必要を低下しかつその予期
される腐食を減少することである。本発明の別の利点
は、中間連絡構造２０に存在する水分の予期される減少
が中間連絡構造２０内の流れと関連する圧力の低下を減
少させ、これにより熱利用率に改善をもたらすことにあ
る。高圧タービン部分１２と水分分離器・再熱器１３間
の中間連絡構造２０の前記部分における圧力の損失の１
％の低下を示す最初の計算は熱利用率に約１２ＢＴＵ／
ＫＷＨの改善を生じることになる。 本発明を使用することの主な利点は、中間連絡構造２０
の腐食の低下及び信頼性の改善にある。これは、さもな
ければタービンの排気に存在することになる大きな水滴
即ち５０μ以上の水滴の捕捉によって達成される。存在
する全水分の約２０％を占めるこのような大きな水滴
は、プレナム壁２６に接触してこれを水の膜で覆うかな
りのドリフト速度を有する。このような水の膜が厚さを
増すと、プレナム壁２６から一部が剥離して中間連絡構
造２０と衝突し得る大きな水滴を形成してその内面を腐
食する。蒸気と水分の混合物の液相の大きな部分、少な
くとも８０％が１０μ以下の非常に小さな水滴の形態を
呈する。これらの水滴は蒸気と水分の混合物の経路に略
々追従して腐食の損傷に殆ど寄与することがない。 本発明の考察に際して、本文の開示は単に例示であり、
本発明の範囲は専ら頭書の特許請求の範囲によって決定
されるべきことを想起すべきである。
第１図は、本発明を包含する高圧及び低圧のタービン部
分を含む蒸気タービン装置を示す概略図、第２図は第１
図に示したように高圧タービン部分の流出口を備えた本
発明の教示内容に従って構成された水分分離装置を示す
破断図、第３図及び第４図は本発明の参考例による水分
分離装置をそれぞれ示す断面図及び平面図である。 １０……蒸気タービン装置、１２……高圧タービン部分
（第１のタービン部分）、１４……低圧タービン部分
（第２のタービン部分）、１８……流入口、２０……中
間連絡構造、２４……流出口、２５……プレナム部、２
６……プレナム壁、２８……腐食ライナー（中間部
材）、３０……捕集リップ部、３２……ベーン、３３…
…穿孔。
分を含む蒸気タービン装置を示す概略図、第２図は第１
図に示したように高圧タービン部分の流出口を備えた本
発明の教示内容に従って構成された水分分離装置を示す
破断図、第３図及び第４図は本発明の参考例による水分
分離装置をそれぞれ示す断面図及び平面図である。 １０……蒸気タービン装置、１２……高圧タービン部分
（第１のタービン部分）、１４……低圧タービン部分
（第２のタービン部分）、１８……流入口、２０……中
間連絡構造、２４……流出口、２５……プレナム部、２
６……プレナム壁、２８……腐食ライナー（中間部
材）、３０……捕集リップ部、３２……ベーン、３３…
…穿孔。
Claims (1)
- 【請求項１】ａ） 流出口を有すると共に、軸心を有す
る該流出口の近傍に、水分を収集するプレナム壁を有す
る第１のタービン部分、及び流入口を有する第２のター
ビン部分と、 ｂ） 前記流出口と前記流入口との間に蒸気と水分の混
合物を送るため該流出口及び該流入口間に配置された中
間連絡構造と、 ｃ） 第１の開口及び第２の開口を有して前記中間連絡
構造の内部に配置された中空部材であって、前記第１の
開口は、前記流出口に対して封止され、前記中空部材
は、前記第１のタービン部分内に延入して前記第２の開
口を形成するリップ部を有し、該第２の開口の寸法は、
前記中空部材が前記プレナム壁に接触する水分を捕捉し
て同水分を排出するように前記流出口と重なり合い、か
つ前記流出口を通るよう指向された前記蒸気と水分の混
合物が前記接触した水分を剥離して前記中間連絡構造に
送るのを阻止するように、定められている、前記中空部
材と、 ｄ） 前記中空部材内に配置されて、前記蒸気と水分の
混合物から水分を受けて収集するように前記蒸気と水分
の混合物の流れに関して方向付けられた収集面をそれぞ
れが有する複数のベーンであって、各ベーンは、前記流
出口の前記軸心から前記中空部材の内周面に向かって延
びると共に、前記ベーンの前記収集面には、同収集面上
に集められた水を受ける複数の穿孔が形成されている、
前記ベーンと、 を備える蒸気タービン装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/686,798 US4602925A (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | Moisture separator |
| US686798 | 1984-12-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61157319A JPS61157319A (ja) | 1986-07-17 |
| JPH0661414B2 true JPH0661414B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=24757812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60289545A Expired - Lifetime JPH0661414B2 (ja) | 1984-12-27 | 1985-12-24 | 蒸気タービン装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4602925A (ja) |
| JP (1) | JPH0661414B2 (ja) |
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| JPS594410A (ja) * | 1982-06-14 | 1984-01-11 | ベ−・ベ−・ツエ−・アクチエンゲゼルシヤフト・ブラウン・ボヴエリ・ウント・コンパニイ | 高速水分離装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103608550A (zh) * | 2011-06-27 | 2014-02-26 | 株式会社Ihi | 废热发电装置 |
| US9376938B2 (en) | 2011-06-27 | 2016-06-28 | Ihi Corporation | Waste heat power generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61157319A (ja) | 1986-07-17 |
| US4602925A (en) | 1986-07-29 |
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