JPS62191603A - 蒸気タ−ビンの予備湿分分離器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １唾へ１粗 本発明は蒸気タービンに関し、特に、蒸気タービンにお
けるＩＪＦ気管の侵食を軽減する手段に関するしのであ
る。蒸気タービン、典型的には原子力発電プラントにお
いて使用される高圧蒸気タービンの排気系を出る湿分は
、タービン排気フードと湿分５）　＃　３再熱器とを接
続するクロスアンダ−配管に侵食を生じさせることがあ
る。原子力発電プラントにおいて高圧蒸気タービンを湿
分分離器再熱器に接続する排気管は侵食により深刻な損
傷を受は易い。

この問題を解決する最近の特許は多数ある。そのうちの
米国特許第３，９０２，８７６号明細書は、原子炉用蒸
気発生器の圧力容器内で使用するための遠心式気液分離
器を開示している。遠心成分＃１２ｉｌは流体に渦流運
動を起こさせて、該遠心式分離器の壁面に水の外層を形
成し、これを排水するものである。

本出願人の米国特許第４，５２７，３９６号明：４書は
蒸気タービンの排気管に装着された湿分分離器を開示し
ている。

米国特許第３．３２０，７２９号明細書は液体を禽んだ
ガス流からこの液体ご除去する装置を開示している。

几」トケ概】一 本発明は、蒸気タービンの排気部の予備湿分外ｍ器を提
供する。蒸気タービンの排気部は、排気フード室を囲う
排気フードを含むのが眞を的である。該排気フードは壁
体を有し、該壁体を出口ノズルが貫通している。該出口
ノズルには配管が取つけけられている。

本発明の予備湿分分離器は、排気フード室に延入する入
口端と、配管の内径に等しい最終直径を有する出目端と
を有する第１の内側中空部材を備える。この第１の内側
中空部材は、その出口端で配管に収着されて該配管と封
止関係で接続部を形成する。

第２の内側中空部材は、第１の内側中空部材の回りに同
軸状に配置されて、一端で第１の内側中空部材の入口端
に取着され、他端で配管に取着されている。

第１通路が、第２の内側中空手段の内表面、配管の内表
面、及び第１の内側中空部材の外表面の間に形成されて
いる。第２通路が、第２の内側中空部材の外表面及び壁
体の内表面の間に形成されている。第１排水手段は、第
１通路の排水を行うべく該第１通路にＩＸｃＸ連体する
。第２排水手段は。

第２通路の排水を行うべく該第２通路に流体連通ずる。

第１の内側中空部材は、入口端の近傍の所定位置に、該
第１の内側中空部材を貫通ずる開口を備えていて、排気
フードの壁体表面を流れる水の大部分が第２通路によっ
て捕捉されて第２排水手段により排水され、第１の内側
中空部材が同伴された湿分と共に蒸気を含む流体の流れ
を圧縮もしくは絞って、該同伴された湿分の大部分が第
１の内側中空部材の内表面上に形成され、開１コを通過
して、第１の内側中空部材によって捕捉され、第１排水
手段によって排水されるようになっている。

好適には、第２通路は、第１の内側中空部材の外表面と
第２の内１１１１１中空部材の内表面との間に所定の間
隔で取着され複数の小通路を形成する区画部を有する。

第１排水手段は複数の小通路の各々と流体連通ずるのが
好適である。第１の内側中空部材は入口端の近くに２泡
流形成部を有するのが望ましく、該２泡流形成部は湾曲
壁部でよい。開口は湾曲壁部を貫通するのが好ましい。

’ｆ＝　　　７７）ＰＬ 本発明は蒸気タービンの排気系のための子ｆｌｆｉｉ　
Ｗ分分離器を提供する。ガス流は、管のベント部を通過
する時に、管の中心線と平行ではない経路に従う流れを
示す、第１図は、ガス流が通過している管ベント部１０
を例示している。蒸気のようなガスが５矢印Ｇ１で示す
ように、管ベンド部１０に接近する時、その流れは管の
中心線にほぼ平行である。

しかし、ガスが管ベント部１０を回って流れる時には、
ガスは方向を変え矢印ＧＳで示すように渦流になり始め
る。ガス流は、管のベント領域を出た１裔、最終的には
、管の中心線にほぼ平行な経路に戻る。

しかし、矢印ＣＯにより示したような管ベント部を出た
ガス流のかかる正常化は、ガス流が管ベント部を出た時
に１−［ぐ起こるのではないことを諒解されたい。即ち
、ガス流は管ベント部の領域を出たｊ炎のある距離その
螺旋形状もしくは渦流を保持する。ガス流が渦流を保持
する特定の距離は、ガス速度、管寸法、管ベント部の半
径その他の物理的特性及び条件の関数である。

第２図は第１図に例示された管ベント部１０の断面図で
ある。第２［２１において、矢印Ｇｓで示された対の渦
線は、ベント部１０の平面にほぼ平行である管の中心線
１２の両側を流れているのが分かる。第２図から分かる
ように、この渦流はベント部の内＋１１１１１４に向か
って進む時に管壁に沿って流れ、ベント部の外ｌ１ｔ１
１１６に向かって進む時に管の中心線１２に沿って流れ
る。

第３図、第４図及び第５図は対の渦流がガス流に同伴さ
れた液体に及ぼす影響を示している。明らかなように、
対の渦線は、液体が管ベント部を通過する時に該液体を
管壁に沿って運動させ易く、そして最終的に澱み点Ｐで
出会い、そこで対の渦線は液体を互いに向かって運ｍｈ
させている７第３図、第４［Ａ及び第５図において、こ
の澱み点Ｐは。

カス速度及び重力加速度の相対的大きさにより決定され
る、管壁に沿う種々の位置に示されている。

例えば、第３図は、ガスが約９０ｍ１ｓｅｃの速度及び
約１７，０００のフルード数で管を通り抜けている状況
を例示している。水が管壁に向かって集まる澱み点Ｐは
、実質的に、ペン＋＝部の平面内にある管の中心線ＩＺ
上にある。従って、管の中心と澱み点Ｐとを通る中心線
１８は、中心線１２と本質的に一致している。第、１図
は、約１４，２５０のフルート数及び約４５ｍ＋／ｓｅ
ｃ以下の速度でガスが流れている状瑯を示している。図
示のように、第・１図における澱み点Ｐは、ガス速度の
影響に比較して重力の相対的影響が大きいため中心線１
２の下方にある。かかる状況下では、澱み点Ｐがベント
部の最内側部分く第２図における参照符号１４〉から遠
ざかるにつれて中心線１２と中心線１８とは離れる。第
５図において、ガスの速度は約１５１１１７　ｓ　ｅ　
ｃ、フルード数は約４７０である。図から分かるように
、澱み点Ｐは中心線１２から（１１当に遠ざかってしま
っており、中心線１８は、ガス速度に比較して重力の相
対的な大きさが大きいため中心線１２から相当に離れて
しまっている。

第３１”３、第４図及び第５図がら諒解されるように、
管ベント部１０内の対の渦流により澱み点Ｐが形成され
、そこではガス流中に存在する水分が強制的に集められ
る。これ等の図に更に示されているように、澱み点Ｐの
正確な位置は、管ベント部の位置に関する、流体に作用
する重力の方向及びガス速度の関数として管ベント部内
で変わり得る。

第３図、第４図及び第５図において、管ベント部１０は
、その平面に大体平行である管中心線１２を水平にして
、水平面にあるように示されている０重力方向に関して
どちらか一方の方向に管ベント部を位置決めすることが
、ガス流の対の渦線と管ベント部の内（ＩｔＩ１１４と
に関連して澱み点Ｐの位置にがなり影響を及ぼすことは
明らかである。

第６図は高圧蒸気タービンＺ２の典型的な排気部２０を
示している。排気部２０は排気フード室２６を囲む４Ｊ
［気フード２４を含んでいる。　ＪＪ＃気フード２４は
壁体２８を有し、この壁体を出口ノズル３ｏが貫いて延
びている。出口ノズル３０には配管３２が収着されてい
る。蒸気タービン２２はその中心線３４の回りにほぼ対
称である。第６１２１において、壁体２８は排気フード
室２６の一部分示すために破断されており、出口ノズル
３０は、該出口ノズル３０に近付く時の高圧蒸気の典型
的な経路をより明確に示すために、断面で示されている
。蒸気タービン２２内の蒸気の流れの一部は矢印Ｓで示
されている。流入する流れの大部分は矢印Ｓで示したよ
うに壁体２８の外ｌｕｌ＋輪郭に追Ｇｔする。出口ノズ
ル３０の配置と、矢印Ｓで示された接近する流れとのた
めに、出口ノズル３゜に接続された配管３２内ｌ＼の流
れの配分が歪められ、従って、出口ノズル３０内の幾つ
かの位置において池の位置よりも旋回速度又は方向変更
が大きくなる。ガス流が曲げられるが、旋回させられる
が、又は方向変更させられる時に、ベント領域の内径部
における流れはベント領域の外径部よりら大きい旋回速
度を有する。上述したような対の渦流がらなる２次流の
大きさは流体の旋回速度に応じて直接変１ヒする。

第６図から分かるように、管ベント部に頂似した２つの
領域３６ａ、３６ｂがあり、そこでは、蒸気の流れは出
口ノズル３０付近での他の領域よりも急な旋回をさぜら
れる６領域３６ａの回りの蒸気の流れは、この特定領域
における蒸気の流れが領域３６ｂにおける流れよりも幾
分急な旋回を強いられるので、特に目立っている。その
理由は、第６図に示した特定的な例示構造において、蒸
気タービン２２の中心線３４から出口ノズル３０に向か
って流れている蒸気の相当な部分が中心線３４を横断す
る比較的真っ直ぐな経路を流れることができ、一方、領
域３０ａを通り過ぎて下方に流れる蒸気は出口ノズル３
０に入るためにより急激な旋回もしくは方向転換を強い
られることである。従って、領域３６ａの回りを流れる
蒸気は、第２図、第３図、第４図及び第５図に示したよ
うなより重大な２次流の対の渦線を生じる筈である。渦
線である２次流の正確な位置及び方向は、蒸気タービン
出口ノズル３０の特定の物理的形状、高圧蒸気の速度、
市内及び抗力の相対的な影響、隣接した蒸気流の影響、
並びにその他８ｔ（の物理的変数に依存する。蒸気は、
出口ノズル３０を出る時、湿分分離器再熱器に向かって
矢印Ｅにより示した大木の方向に出［１配管を通り抜け
ながら、螺旋状の２次流を継続する。上述した２次流に
加えて、第７図に示したような壁体２８の内表面３８に
水が４Ａよることが分かった。

第７図及び第８図を参！（（（すると、本発明の提供す
る予備（（シ分分離器４０が示されている。この予（藤
湿分分離器４０は、排気フード室２６に延入する入口端
４４と配管３２の内径に等しい最終直径を有する出目端
４６とをもつ第１の内側中空部材４２を備える。

第１の内側中空部材４２はその出口端４６で配管３２に
取着され、配管３２に対して封止関係で接続部４８を形
成する。第２の内側中空部材５０は、第７図に示すよう
に、第１の内側中空部材４２０回りに同軸状に配置され
ている。この第２の内側中空部材５ｏは、その−′４Ａ
５２で第１の内側中空部材４２の入口端４４に取着され
、他端５４で配管３２に［若されている。かくして、第
２の内側中空部材５０の内表面５８と、配管３２の内表
面６０と、第１の内側中空部材４２の外表面６２との間
に第１通路５６が形成される。また、第２の内側中空部
材５０の外表面６６と、壁体Ｚ８の内表面３８との間に
第２通路６４が形成される。第１排水手段６８は第１通
路５６に流体連通して該第１通路５６をＩＪＥ永し、第
２排水手段７０は第２通路６４に流体連通して該第２通
ｌ￥８６４を排水する。

第１の内側中空部材４２は、第７図に示すように、その
入口端４４近くの所定位置に貫通開ロア２を有する。本
発明では、排気フード室２６の壁体２８の表面を流れる
水は、第２通路６４によって捕捉され第２排水手段７０
によって排水される。第１の内側中空部材４２は、ｔｉ
’１ｌ（４’された湿分と一祐に蒸気を含む流体の流れ
を圧縮して、水を第１の内側中空部材４２の内表面７４
に形成させる。内表面７４に形成する水は上に説明した
ような２次流の結果であり、この水は、開ロア２を通り
抜け、第１通路５６によって捕捉され、そして第１排水
手段６８によって排水される。好適には、第１の内側中
空部材４２はその入口端４４の近傍に２次流形成部７６
を含む。この２次流形成部７６は、第７図に示すように
、第１の内側中空部材４２の湾曲壁部７８でよい、第７
図に示した湾曲壁部７８は、圧力損失と湿分除去とを考
慮して決めた曲率を有する。開ロフ゛０は湾曲壁部７８
で始まるのが望ましい。湾曲壁部７８によって旋回の速
度が増して２次流の大きさが増し、そのため、第１の内
側中空部材４２に設けられた開口と協働して、２次流か
ら大部分の湿分を除去することができる。

第１通路５６は、その内部に、第１の内側中空部材の外
良面６２と第２の内側中空部材の内表面５８との間に所
定の間隔で複数の区画部８０を含み、第８図に示すよう
に、複数の小通路８２を形成することが好ましい。矢印
りは流体の流れ方向を示している。第１排水手段６８は
各小通路８２と流体連通している。区画部８０を含むこ
とは、円周方向の圧力変動のために予備湿分分離器特性
に劣化が生じるのを回避するために望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管ベント部の例とそこを貫流する流体の流線
とを示す説明図、第２図は、第１［２１の管ベント部の
線■−■における断面図、第３図、第４１１１及び第５
図は、種々の条件下で管ベント部を流れるガス流内の液
体の典型的な挙動を示す説明図、第６図は、高圧蒸気タ
ービンの排気部を部分的に断面で示す側面図、第７図は
、出口ノズル及び関連の配管内の所定位置に本発明が実
施されている高圧蒸気タービンの排気部を部分的に断面
で示す側面図、第８図は、第７図の■−■線に沿って切
断した断面内の流体の流れを示す断面図である。 ２０・・・蒸気タービンの排気部 ２２・・・蒸気タービン　　２４・・・排気フード２６
・・・排気フード室　　２８・・・壁体３０・・・出口
ノズル　　　３２・・・配管３８・・壁体の内表面　　
４０・・・予備湿分分離器４２・・・第１の内側中空部
材 ４４・・・入口端　　　　　４６・・・出口端４８・・
・接続部　　　　　５０・・・第２の内側中空部材５２
・・・第２の内側中空部材の一端 ５４・・第２の内側中空部材の他端 ５６・・・第１通路 ５８・・・第２の内側中空部材の内表面６０・・・配管
の内表面 ６２・・・第１の内側中空部材の外人面６４・・・第２
通路 ６６・・・第２の内側中空部材の外表面６８・・・第１
排水手段　　７０・・・第２排水手段７２・・・第１の
内側中空部材の開ロ ア４・・・第１の内側中空部材の内表面出願人　ウェス
チングハウス・エレクｌ〜リック・コーポレーシヨン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気フード室を囲うと共に壁体を有する排気フードを含
   み、前記壁体が、該壁体を貫通する出口ノズルと、該出
   口ノズルに取り付けられた配管とを有している、蒸気タ
   ービンの排気部のための予備湿分分離器であって、 （ａ）前記排気フード室に延入する入口端と、前記配管
   の内径に等しい最終直径を有する出口端とを有し、該出
   口端で前記配管に取着されて該配管と封止関係で接続部
   を形成する、第１の内側中空部材と、 （ｂ）該第１の内側中空部材の回りに同軸状に配置され
   て、一端で前記第１の内側中空部材の前記入口端に取着
   され、他端で前記配管に取着された第２の内側中空部材
   と、 （ｃ）該第２の内側中空手段の内表面、前記配管の内表
   面、及び前記第１の内側中空部材の外表面の間に形成さ
   れた第１通路と、 （ｄ）前記第２の内側中空部材の外表面及び前記壁体の
   内表面の間に形成された第２通路と、（ｅ）前記第１通
   路の排水を行うべく該第１通路に流体連通する第１排水
   手段と、 （ｆ）前記第２通路の排水を行うべく該第２通路に流体
   連通する第２排水手段と、 を備え、 （ｇ）前記第１の内側中空部材は、前記入口端の近傍の
   所定位置に、該第１の内側中空部材を貫通する開口を備
   えていて、前記排気フードの壁体表面を流れる水の大部
   分が前記第２通路によって捕捉されて前記第２排水手段
   により排水され、前記第１の内側中空部材が同伴された
   湿分と共に蒸気を含む流体の流れを圧縮して、該同伴さ
   れた湿分の大部分が前記第１の内側中空部材の内表面上
   に形成され、前記開口を通過して、前記第１の内側中空
   部材によって捕捉され、前記第１排水手段によって排水
   されるようにした、 蒸気タービンの予備湿分分離器。