JPS61171802A - Turbine device - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
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- F02C7/05—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
- F02C7/052—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with dust-separation devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/32—Collecting of condensation water; Drainage ; Removing solid particles
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はタービン装置に関するものである。[Detailed description of the invention] [Field of application of the invention] The present invention relates to a turbine device.
作動流体に湿分あるいは塵埃を含んでいる場合には、タ
ービン内部で回転翼にエロージョンが発生ずる゛ととも
に、湿分またＦｉ塵埃のブレーキング作用等によって性
能低下を来すため、一般には、作動流体中の湿分または
塵埃を適当な除去装置によって排除し、比較的清浄な作
動流体とした後にタービンに導入する方法が取られてい
る。この方法においては、前述の除去装置がタービンと
は別に設けられるため設備が大きくなる欠点がある。If the working fluid contains moisture or dust, erosion will occur on the rotor blades inside the turbine, and performance will deteriorate due to the braking effect of the moisture and Fi dust. A method is used in which moisture or dust in the fluid is removed by a suitable removal device to form a relatively clean working fluid, which is then introduced into the turbine. This method has the disadvantage that the above-mentioned removal device is provided separately from the turbine, which increases the size of the equipment.
このような従来方式の欠点を改良する方法として、例え
ば、特開昭５５−１２３３０５号公報に示されるように
、トータルフロータ−ビンのＳ合には、熱水と蒸気とを
サイクロンセパレータ式の入口部で分離した後に、同一
容器内の中心部に設けられたタービン入口のノズル内を
流れる熱水に蒸気を噴入させ、熱水を微細化して均質な
二相流体としてタービンに導く方法があシ、これによっ
て設備のコンパクト化が図られている。As a method to improve such drawbacks of the conventional system, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 123305/1982, hot water and steam are connected to a cyclone separator type inlet in the S joint of a total flow turbine. There is a method in which steam is injected into the hot water flowing through a nozzle at the turbine inlet located in the center of the same container, which atomizes the hot water and leads it to the turbine as a homogeneous two-phase fluid. This makes the equipment more compact.
この方法では、設備のコンパクト化が達成されるにして
も、タービン内部を蒸気と熱水との二相流が作動流体と
して通過することになるため、先に述べたエロージョン
の発生及び性能低下が避けられないものでろ９、さらに
、作動流体に含まれる固形物の除去については考慮され
ていない。In this method, although the equipment can be made more compact, the two-phase flow of steam and hot water passes through the turbine as the working fluid, so the above-mentioned erosion and performance deterioration are avoided. Moreover, the removal of solids contained in the working fluid is not considered.
また、作動流体中の蒸気と熱水とをタービンを格納する
容器内で行い、設備のコンパクト化を図る方法として、
タービン内の回転ドラムを利用する特開昭５９−１２２
７０２号がある。In addition, as a method to reduce the size of equipment by converting steam and hot water in the working fluid into a container that houses the turbine,
Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-122 that utilizes a rotating drum inside a turbine
There is No. 702.
本発明の目的は、熱・流体エネルギを動力源として変換
するタービン装置において、作動流体が多量の湿分およ
び固形物を含んでいる場合に発生するエロージョンと性
能劣化を回避することを目的としたものであり、半径流
と軸流との二種のタービンで構成されることを基本とし
、タービンの入口部との空間で湿分および固形物を分離
するための構造を提供するにある。The purpose of the present invention is to avoid erosion and performance deterioration that occur when the working fluid contains a large amount of moisture and solids in a turbine device that converts heat and fluid energy as a power source. It is basically composed of two types of turbines, radial flow and axial flow, and its purpose is to provide a structure for separating moisture and solids in the space between the turbine inlet and the turbine.
〔発明の概要〕
本発明によれば、タービン入口部において旋回流を発生
させる構造とし、この旋回流による遠心力によって作動
流体中の湿分および固形物を分離するとともに、旋回流
の中心部にタービンを配置して、比較的クリーンな作動
流体をタービンに導くことによってエロージョンおよび
性能低下を防止する。分離された湿分および固形物はタ
ービン内の流路とは隔離され、タービンの外周側に設け
られた環状流路に導かれて気体と分離されてタービンよ
り下流側の流路に排出される。中心部に設けられたター
ビンは、入口部で発生させた旋回流の運動エネルギを有
効に利用するとともに、旋回流を発生させる入口部を小
径化するために高圧力比で高性能の得られる半径流ター
ビンを用い、その下流に環状ディフューザを配備して半
径流タービンの排出速度を圧力に変換した後に軸流ター
ビンを配置する半径流−軸流複合タービンである。[Summary of the Invention] According to the present invention, the structure is such that a swirling flow is generated at the turbine inlet, and the centrifugal force generated by the swirling flow separates moisture and solids in the working fluid. The turbine is arranged to prevent erosion and performance degradation by directing relatively clean working fluid to the turbine. The separated moisture and solids are isolated from the flow path inside the turbine, guided to an annular flow path provided on the outer circumference of the turbine, separated from gas, and discharged to the flow path downstream from the turbine. . The turbine installed in the center effectively utilizes the kinetic energy of the swirling flow generated at the inlet, and in order to reduce the diameter of the inlet that generates the swirling flow, the turbine has a radius that allows high pressure ratio and high performance. This is a combined radial-axial turbine that uses a flow turbine and an annular diffuser downstream thereof to convert the exhaust velocity of the radial turbine into pressure, followed by an axial turbine.
すなわち、本発明は旋回流による環状の分離装置の中心
部に前述の複合タービンを配置したドラム聾のタービン
装置である。That is, the present invention is a drum-deaf turbine device in which the above-mentioned composite turbine is arranged in the center of an annular separation device using swirling flow.
〔発明の実施例］
’ｔ１以下本発明の詳細について実施例をもと
に説明する。[Embodiments of the invention]
From 't1 onwards, details of the present invention will be explained based on examples.
第１図は典型的な実施例を示している。第１図において
、入口部１に設けられた流入開口部２から作動流体が流
入するが、流入開口部２はタービン軸中心３に対して直
角方向にあシ、入口部１の接線方向に設けられて−るた
めに作動流体は空間４内で旋回流となる。したがって、
空間４は遠心力による分離室として作用し、作動流体中
の湿分および固形物はタービン軸３に対して外周側に寄
せられて入口部１の外１ｌｌｓに近い領域を旋回しなが
ら空間７に流入し、捕集室１９で湿分および固形物が捕
獲される。一方、空間４で湿分および固形物が除外され
てクリーンな状態になった作動流体は入口部１の内壁６
に近い領域を旋回しており、流体開口部２に対して周方
向に１８０１異なる位置に開口するスクロール８に流入
し、スクロール８内の空間９′ｔ−旋回しながら、半径
方向管内いて全周に複数枚設けられたガイドベーン１０
の相互間の流路を通って半径流タービン１１に流入する
。FIG. 1 shows a typical embodiment. In FIG. 1, working fluid flows in from an inflow opening 2 provided in an inlet 1. The inflow opening 2 is perpendicular to the turbine shaft center 3, and is provided in a tangential direction to the inlet 1. Because of this, the working fluid forms a swirling flow within the space 4. therefore,
The space 4 acts as a separation chamber due to centrifugal force, and the moisture and solids in the working fluid are gathered to the outer peripheral side with respect to the turbine shaft 3 and are transferred to the space 7 while swirling in a region close to the outside of the inlet portion 1. moisture and solids are captured in the collection chamber 19. On the other hand, the working fluid, which has become clean by removing moisture and solid matter in the space 4, is transferred to the inner wall of the inlet portion 1.
The fluid flows into the scroll 8, which opens at a position 1801 different from the fluid opening 2 in the circumferential direction. A plurality of guide vanes 10 are provided in the
flows into the radial flow turbine 11 through a flow path between the two.
次に半径流タービン１ｉｔ−出た作動流体は、環状ディ
フューザ流路１２によって速度エネルギの一部が圧力エ
ネルギに変換されて軸流タービン１３のノズル翼１４に
導かれる。作動流体はノズル翼１４によって加速され、
動翼１５に流入して軸流タービンを駆動して排気流路１
６に排出される。Next, the working fluid discharged from the radial flow turbine 1 is guided to the nozzle vane 14 of the axial flow turbine 13 with part of its velocity energy converted into pressure energy by the annular diffuser passage 12 . The working fluid is accelerated by the nozzle vanes 14;
It flows into the rotor blades 15 to drive the axial turbine and exhaust flow path 1.
It is discharged at 6.
この結果、第１図の実施例では半径流タービン１１およ
び細流タービン１３で得られた回転エネルギは、軸端１
８に接続される被部＠機械（発電機、ポンプ、送風機な
ど）に動力として吸収される。As a result, in the embodiment of FIG. 1, the rotational energy obtained by the radial flow turbine 11 and the trickle flow turbine 13 is
8 is absorbed as power by the covered parts@machines (generators, pumps, blowers, etc.).
第２図は半径流タービン１１の入口部に設けられるスク
ロール８と入口部１、流入開口部２、旋回流空間、４と
の関係形状を示したものである。流入る環状空間４で分
離作用が行われ、内壁６に近い領域で旋回するクリーン
な作動流体は、流入開口部２から１８０’ずれた位置に
設けられているスクロール８０入口２０から流入し、空
間４での旋回流と同一方向に旋回しながらスクロール８
の高さＨで内壁２１に周方向の全問にわ念って軸方向に
幅ｈ（第１図のガイドベーン１０の高さに相当する）で
開口する流路から半径流タービン１１の上流に位置する
ガイドベーン１０に流入する。なお、スクロール８の高
さＨＨ人口２０の位置で最大寸法とし、旋回流の方向に
一周し九位置でＨ＝Ｏになる形状になっており、スクロ
ール８の流路面積は入口２０から下流に向って順次縮小
する。FIG. 2 shows the relationship between the scroll 8 provided at the inlet of the radial turbine 11, the inlet 1, the inlet opening 2, and the swirling flow space 4. The separation effect takes place in the inflowing annular space 4, and the clean working fluid swirling in the region close to the inner wall 6 enters through the inlet 20 of the scroll 80, which is located 180' offset from the inflow opening 2, and enters the space. Scroll 8 while rotating in the same direction as the swirling flow at 4.
upstream of the radial turbine 11 from a flow path opening in the axial direction with a width h (corresponding to the height of the guide vane 10 in FIG. The flow flows into the guide vane 10 located at . In addition, the height of the scroll 8 is the maximum dimension at the position of HH population 20, and the shape is such that it goes around in the direction of the swirling flow and becomes H=O at the 9th position, and the flow path area of the scroll 8 is the same from the inlet 20 to the downstream. The image size is gradually reduced.
第３図は第１図に示し几捕集室１９を詳述したものでち
る。捕集室１９は空間７より流入する流体から湿分およ
び固形物を捕獲するために、外郭３１、側壁３２および
内壁３３とから形成される空間内に、流れを偏向させる
ためのバッフル３４゜３５を全周にわたって設けて流れ
ｔ−ｔｓｏ°転向させ、湿分および固形物を分離する。FIG. 3 shows in detail the sludge collection chamber 19 shown in FIG. 1. The collection chamber 19 includes baffles 34 and 35 for deflecting the flow into a space formed by an outer shell 31, a side wall 32, and an inner wall 33 in order to capture moisture and solids from the fluid flowing in from the space 7. is provided around the entire circumference to divert the flow t-tso° and separate moisture and solids.
このようにして分離された湿分および固形物は側壁３２
にバッフル３５よりも外周側に設けられ丸孔３６から排
気流路１６へ排出される。ここで、孔３６は全周にわた
って被数個設けられており、孔３６の大きさは分離され
た湿分および固形物とともに作動流体の少量が通過する
のに十分な流路面積であるように設定される。孔３６か
ら作動流体の少量を排出することの理由は、分離された
湿分および固形物を十分に排出するための搬送流体にす
るとともに、分離室１９の圧力を第１図の空間４よりも
低くして、湿分および固形物の量が多い外周領域の流体
が第１図の空間７に流入しやすくするためである。The moisture and solids separated in this way are removed from the side wall 32.
The air is discharged from the round hole 36 provided on the outer peripheral side of the baffle 35 to the exhaust flow path 16 . Here, several holes 36 are provided around the entire circumference, and the size of the holes 36 is such that the flow area is sufficient for a small amount of the working fluid to pass through along with the separated moisture and solids. Set. The reason for discharging a small amount of the working fluid from hole 36 is to provide a carrier fluid for sufficient discharge of separated moisture and solids, and to keep the pressure in separation chamber 19 lower than that in space 4 in FIG. This is because the fluid in the outer circumferential region, which has a large amount of moisture and solid matter, can easily flow into the space 7 in FIG. 1 by lowering the height.
前述の第１図から第３図に示した実施例は、湿分および
固形物とを含む作動流体の場合の基本的なものであるが
、作動流体中に含まれるものが湿分が大部分であり、固
形物が問題視されない程度に少ない場合には、第１図の
ように分離され九湿分を排気流路に排出される構造では
、例えば湿り飽和蒸気のような作動流体の場合、湿分の
保有するエネルギが動力源として全く利用できないこと
になる。このような欠点を除くことの出来る実施例を第
４図に示した。第４図では、＠１図の実施例にゝける軸
流″−″′７１３°下流″″翼 ｖｉ４１
と動翼４２とで構成される軸流タービン４３全配電する
とともに、軸流タービン４３の外周側に全周にわたって
蒸発室４４ｔ−設ける。この蒸発室４４は半径流タービ
ン１１と軸流タービン１３とで膨張して低圧となつ九流
路１６′に連通しており、捕集室１９に設けられた排出
孔３６から噴出する湿分を受は止めるポケットであると
ともに、上流側のタービン１１．１３での外部仕事（回
転エネルギ）に変換された結果として発生する湿分も受
は止めるためのものである。したがって、蒸発室４４に
は流路１６′の圧力に相当する飽和温度よシも高い温度
の湿分が捕集されており、その湿分は流路１６′の圧力
に平衡状態の温度に達するまで一部分が蒸発して流路１
６１に流入し、次段の軸流タービン４３の作動流体とし
て有効に利用される。蒸発室４４内で蒸発せずに残留す
る湿分框、蒸発室４４の下流側にタービン軸方向に向っ
て全周に複数個設けられた孔４５から排気流路４６に排
出する。ここで、蒸発室４４から孔４５を通って排出さ
れる湿分が多量であり、排気流路４６の作動流体の状態
がタービンでの膨張が達成されるのに十分な圧力比を有
している場合には、第４図に示し九外周部に蒸発室４４
を有する軸流タービン段落管下流側に複数段落配備する
ことによって、第１図の捕集室１９で捕獲され九湿分を
各段落ごとに順次蒸発させ、湿分の大部分を作動流体と
して利用することが可能である。The embodiments shown in FIGS. 1 to 3 described above are basic examples in the case of a working fluid containing moisture and solid matter, but the working fluid contains mostly moisture. If the solids are so small that they are not considered a problem, in the structure shown in Figure 1 where the moisture is separated and the moisture is discharged into the exhaust flow path, for example, in the case of a working fluid such as wet saturated steam, The energy held by moisture cannot be used as a power source at all. An embodiment that can eliminate such drawbacks is shown in FIG. In Fig. 4, the axial flow "-"'713°downstream'''' blade vi41 in the embodiment of @Fig.
The axial flow turbine 43 composed of the rotor blades 42 and the rotor blades 42 are fully electrically distributed, and an evaporation chamber 44t is provided on the outer circumferential side of the axial flow turbine 43 over the entire circumference. This evaporation chamber 44 communicates with a nine flow path 16' which is expanded by the radial flow turbine 11 and the axial flow turbine 13 and becomes low pressure, and absorbs the moisture ejected from the exhaust hole 36 provided in the collection chamber 19. The receiver is a pocket to stop moisture generated as a result of being converted into external work (rotational energy) in the upstream turbine 11, 13. Therefore, moisture at a temperature higher than the saturation temperature corresponding to the pressure in the channel 16' is collected in the evaporation chamber 44, and the moisture reaches a temperature in equilibrium with the pressure in the channel 16'. A part of it evaporates until it reaches channel 1.
61 and is effectively used as a working fluid for the axial flow turbine 43 in the next stage. The moisture remaining in the evaporation chamber 44 without being evaporated is discharged into the exhaust flow path 46 from a plurality of holes 45 provided along the entire circumference of the evaporation chamber 44 in the direction of the turbine axis on the downstream side. Here, the moisture being discharged from the evaporation chamber 44 through the holes 45 is large enough that the conditions of the working fluid in the exhaust flow path 46 have a sufficient pressure ratio for expansion in the turbine to be achieved. If there is an evaporation chamber 44 on the outer circumference as shown in FIG.
By arranging multiple stages on the downstream side of the axial flow turbine stage pipe, the moisture captured in the collection chamber 19 in Fig. 1 is evaporated sequentially in each stage, and most of the moisture is used as the working fluid. It is possible to do so.
以上に述べた本発明の構造を要約すると、外郭が円筒状
であり、その内部の中心部に半径流タービンと細流ター
ビンとから構成される動力変換装置を配し、その外周部
には旋回流によって湿分および固形物を分離し、半径流
タービンにクリーンな作動流体を送入するためのスクロ
ールヲ有スる入口部、その下流側に湿分および固形物を
捕獲分離する捕集室を配備するとともに、湿分の蒸発の
期待出来る状況においては捕集室の下流に蒸発室を設け
たことを特徴としている。To summarize the structure of the present invention described above, the outer shell is cylindrical, a power conversion device consisting of a radial flow turbine and a trickle flow turbine is arranged in the center of the inside, and a swirling flow The inlet section has a scroll to separate moisture and solids and feed clean working fluid to the radial flow turbine, and a collection chamber is installed downstream of the inlet to capture and separate moisture and solids. In addition, in situations where moisture evaporation can be expected, an evaporation chamber is provided downstream of the collection chamber.
本発明によれば、湿分および固形物を含んでいる気体を
作動流体とするタービン装置において、以下のような効
果が得られる。According to the present invention, the following effects can be obtained in a turbine device that uses gas containing moisture and solids as a working fluid.
ａ） 作動流体から湿分および固形物を分離することが
出来るため、清浄な流体をタービン装置に送入され、タ
ービン装置に発生するエロージョンが抑制できる。a) Since moisture and solid matter can be separated from the working fluid, clean fluid can be fed into the turbine device, and erosion occurring in the turbine device can be suppressed.
伐）作動流体に湿分および喝彫物がない状態でタービン
が運転されるため、高効率で出力が得られる。例えば、
湿分量１％の増加はタービン段落効率の低下量は約１１
であると評価される。Since the turbine is operated with the working fluid free of moisture and debris, the output is obtained with high efficiency. for example,
A 1% increase in moisture content causes a decrease in turbine stage efficiency of approximately 11%.
It is evaluated that
（３） 分離された湿分は系外に排出されずに、多段
タービンの膨張比に応じて順次蒸発させ、作動流体に混
入させるので、入口において保有する全エネルギの利用
率が高い。(3) The separated moisture is not discharged outside the system, but is evaporated in sequence according to the expansion ratio of the multi-stage turbine and mixed into the working fluid, so the utilization rate of the total energy held at the inlet is high.
（４） 管状容器内の中心部にタービンを配置し、そ
の外周部に分離された湿分および（支）彫物を処理する
捕集室並びに蒸発室を配置するとともに、入口部のター
ビン管高圧力比で高性能の得られる半径流減成とし九こ
とにより、装置全体がコンパクトになる。なお、半径流
タービンは軸流タービンの２〜３段落相当の圧力比とす
ることが可能である。(4) A turbine is placed in the center of the tubular container, and a collection chamber and an evaporation chamber for treating separated moisture and debris are placed on the outer periphery, and the turbine tube at the inlet has high pressure. By using radial flow reduction, which provides high performance in comparison, the entire device becomes compact. Note that the radial flow turbine can have a pressure ratio equivalent to 2 to 3 stages of the axial flow turbine.
第１図に本発明の一実施例を示すタービン装置の断面図
、第２図は入口部の旋回流による分離空間と作動流体を
半径流タービンに導入するスクロールの形状図、第３図
に捕集室の詳細を示す断面図、第４図は本発明の他の実
施例である蒸発室を備えた多段で構成されるタービン装
置の断面図である。Fig. 1 is a cross-sectional view of a turbine device showing an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the separation space created by the swirling flow at the inlet and the shape of the scroll that introduces the working fluid into the radial flow turbine. FIG. 4 is a cross-sectional view showing details of the collecting chamber, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a multi-stage turbine device including an evaporation chamber, which is another embodiment of the present invention.
Claims (1)
離する環状空間を有する入口部とその環状空間の内周の
下流に位置して開口し、旋回流と同一方向の螺旋状に形
成されるスクロールを配備し、その下流側の空間端部に
湿分および固形物を捕獲する捕集室とを具備する環状流
路を有し、この環状流路の中心部に動力を得るためのタ
ービンを配置し、前記スクロールより作動流体を導入し
、半径流タービンを駆動した後に環状デイフユザ流路を
通つて軸流タービンを駆動するように構成したことを特
徴とするタービン装置。1. An inlet having an annular space that separates moisture and solids from the working fluid by swirling flow, and an opening located downstream of the inner periphery of the annular space, forming a spiral in the same direction as the swirling flow. It has an annular flow path equipped with a scroll to capture moisture and solids, and a collection chamber for capturing moisture and solids at the downstream end of the space. A turbine device characterized in that a turbine is arranged, a working fluid is introduced from the scroll, and after driving a radial flow turbine, the axial flow turbine is driven through an annular diffuser passage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1241285A JPS61171802A (en) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | Turbine device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP1241285A JPS61171802A (en) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | Turbine device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS61171802A true JPS61171802A (en) | 1986-08-02 |
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| JP1241285A Pending JPS61171802A (en) | 1985-01-28 | 1985-01-28 | Turbine device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61171802A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990013734A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-15 | Allied-Signal Inc. | Gas turbine engines with particle traps |
-
1985
- 1985-01-28 JP JP1241285A patent/JPS61171802A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990013734A1 (en) * | 1989-04-28 | 1990-11-15 | Allied-Signal Inc. | Gas turbine engines with particle traps |
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