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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- mixture
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Classifications
-
- 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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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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