JPH02126909A - 湿分分離装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湿り蒸気で作動する蒸気タービンの。

タービン連絡管路中に配備される湿分分離装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来の軽水炉型原子力発電プラントの蒸気タービン、あ
るいは、地熱用蒸気タービンは、作動蒸気が全域湿り蒸
気のあるために、蒸気中に含まれる湿分（水滴粒子や水
膜流）がタービン段落を構成する翼材のエロージョン問
題や性能低下の要因とされていた。このためタービン連
絡管路の途中に極めて大型の湿分分離ｉ（シェブロン形
やワイヤメツシュ形）あるいは湿分分離加熱器を設ける
ことにより、湿り度の減少や過熱蒸気化を図ってきた。

しかし、原子力タービンがますます大容量化、高周速化
するに伴い、湿分分離装置の大形化が更に進み、翼材の
二ローションの環境もより厳しさを増し、湿分分離装置
の高効率化が一層要求されてきた。また、シェブロン形
及びワイヤメツシュ形の湿分分離装置では、高い分離効
率を維持できる蒸気流速範囲が狭いために、従来以上の
高効率化を期待できないことと、さらに大形化の傾向を
進むだけである。これに対処するために、最近では特開
昭６０−５７００６号、あるいは、特開昭６２−１６８
９０７号公報に開示さ九ているように、管路内の水膜流
、及び、水滴粒子を積極的に分離、除去しようとする提
案が示されている。しかし、これら公知例の提案は、そ
れぞれ単独に配備するだけでは所望の効果を得ることが
難しく実用性に欠ける難点があった。即ち、水滴粒子を
衝突、付着させる多数の分離器を配備した特開昭６２−
１６８９０７号公報では１分離器で吸引、除去できる水
滴、水膜流の特性に限界が存在し、特に、多量の湿分を
含む場合には分離性能の著しい向上は期待できない。

まず、本発明を適用する原子力発電プラントの構成とタ
ービン連絡管路の構成について説明する。

第２図及び第３図は最近の大容量原子力タービンプラン
ト構成の概要であり、主要機器は蒸気発生器１、高圧タ
ービン３、湿分分離器５．あるいは、湿分分離加熱器１
１、及び、低圧タービン８であり、これの機器間はター
ビン連絡管路２，４，７゜１０等で連結されている。通
常の原子カプラントではこのように高圧タービン３の排
気蒸気中に含まれる湿分は、連絡管４と７の途中に配備
された湿分分離器５、あるいは、湿分分離加熱器１１に
よって分離、加熱されて低圧タービン８に導入される。

しかし、従来のシェブロン型及びワイヤメツシュ型の湿
分分離装置では達成できる性能に限界があり、１００％
近い分離効率を得ることが至難といわれている。その要
因の一つには、第４図、第Ｓ図に示したタービン連絡管
路網の複雑性があげられる。すなわち、タービンプラン
ト機器、配管系のコンパクト化を図るためには、タービ
ン連絡管路を有限のスペースに納めることが必要であり
、そのためには、第４図、第５図に示すように高圧ター
ビン３からの排気蒸気は、二本の下降管１４．２３から
スタートして、一方の４ａはベンド管１５，１６，１８
．２０と垂直及び水平直管３４．１７．１９を経て、湿
分分離加熱器１１への導入管２２となり、４ａの途中か
ら分岐した管路４ｃも、３１，３２，３３などの管路を
経由して導入管３３となる。また、他方の排気管路４ｂ
も、やはり、多数のベンド管２３，２５，２７゜２９及
び直管２４，２６．２８等を経て導入管３ｏに導かれる
。このように、高裁タービン３と湿分分離加熱器１１と
の連絡管路は、多数の垂直下降管、垂直上昇管、水平管
、及び、急ベンド管などに構成されており、このような
管路内を流動する水滴及び水膜流を含む二相流の流動状
態はより複雑になる。すなわち、管路内壁では層状流、
あるいは、波状流の水膜流を形成し、管路中央部では微
細な水滴を含む噴震流を形成する。従って、このような
流動状態の気液二相流が後続する湿分分離加熱器に導入
した場合、微細な水滴の分離、除去に適するように設計
されたシェブロン型及びワイヤメツシュ型の湿分分離器
では分離性能に限界がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の従来技術では、分離器のみで分離、除去できる水
滴、水膜流の特性に限界が存在するので。

原子力タービンの高圧タービンのように十数％の多量の
湿分を含む場合には、分離性能向上の面で難点があると
考えられる。

本発明の目的は、原子力タービンや地熱タービンのよう
に多量に湿分を含む湿り蒸気が高速で流動するタービン
連絡管路内で、湿り蒸気中の水滴、あるいは、水膜流と
して存在する湿分を効率よく分離、除去できる湿分分離
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、原子力タービンなど多量の湿分を含むタ
ービンの連絡管路（垂直下降管、垂直上昇管、水平管、
及び、これらを連結するベンド管などの複雑な管路系に
よって構成されている）の途中に、管路内壁面に付着し
た水膜流を分離、除去するリング構造体と、蒸気中に随
伴、浮遊する水滴粒子を旅回分離する遠心施回ベーン装
置と、さらに、管路の急ベンド部にリング構造体、旅回
ベーン装置、及び、水滴分離翼で構成した複合分離装置
を配備することにより達成することができる。

〔作用〕

原子力タービンの高圧タービンなどのように、全段落湿
り蒸気で作動するタービンで膨張仕事によって発生した
高い湿り度（十数％程度）をもつ湿り蒸気が、タービン
連絡管路内を流動する場合には典型的な気液二相流の流
動様式である環状流の様式となる。この環状流は、管路
中央部では微細な水滴を含む噴霧流に近い流動と、管内
壁近傍では層状流、あるいは、波状流の水腹流との混流
となる。従って、このようなタービン連絡管路内で湿り
蒸気中の湿分を効率よく分離、除去するためには、流動
現象、様式にマツチした分離装置が必要となる。

本発明は、タービンと直結されている垂直下降管におい
て、管路内壁と同心の二重構造を形成する任意長さの水
膜分離リング構造体を配置し、二重構造の水膜分離室に
管内壁面を集積、流動する水膜流を導くことによって、
管路内の湿分を分離、除去して系外に排出させることが
可能となる。さらに、水膜分離リングの上流側あるいは
下流側の管路部に固定軸に支えられた遠心施回ベーンを
もつ施回分離装置を配備することにより、蒸気中を随伴
、浮遊する水滴粒子を施回分離装置の旋回力で管路内壁
に付着させて、水膜分離リング構造体の分離効果の促進
を図ることができる。また、タービン連絡管路の急ベン
ト部には、蒸気中を随伴、浮遊する水滴粒子が衝突、集
積できる複数の翼構造体を配備し、かつ、それぞれの翼
構造体は翼面に付着した水膜流を吸引、分離できるスリ
ット形の吸込溝をもつ水滴分離翼を形成し、この水滴分
離構造体を配備したベンド管を直結した直管部の上、下
流側位置に水膜分離リング構造体と施回分離装置とを兼
備することによって、ベンド部に流入する湿分け、浮遊
水滴粒子に限定させることができ、水滴分離翼の分離性
能を向上させることができる。

〔実施例〕

本発明の代表的実施例を示したものが、第１図であり、
高圧タービン３に直結した垂直下降管１４に適用したも
のである。高圧タービン３からの排気蒸気は、多数の微
小な水滴３５と管内壁４１に付着した水膜流３６を含む
環状流となって垂直下降管１４に導かれる。本発明の水
膜分離リング構造体３９は、入口リップル部３７、垂直
リング部４２及びスカート部４０から構成され、垂直リ
ング部４２は管路内壁４１と同心二重構造を形成するこ
とにより、水膜リング構造体３９で管路内壁４１上の水
膜流３６と管路中の主蒸気とを隔離分離し、管路内壁４
１と水膜分離リング構造体３９の外周部とで形成される
水膜分離室１０５に水膜流３６を導き、この水膜流３６
のほとんどをドレン排出管５４によって系外（例えば、
給水加熱器系）へ排出する。また、水膜分離リング構造
体１０５の下流側には、固定軸４３、ガイドプレート４
４、及び、遠心施回ベーン４６をもっ施回分離装置１０
６を配備する。施回分離装置１０６は、水膜分離リング
構造体１０５を通過した微少な水滴群４５の一部を遠心
施回ベーン４６の施回力によって管路内ｕ４１に押し付
けて付着させて新たな水膜流４７を形成する。そして、
施回分離装置１０６のさらに下流位置には前述の水膜分
離リング構造体３９と同様な構造の水膜分離リング構造
体１０７を配備することにより、新たに生成された水膜
流３７の大半を捕獲、分離することができる。このよう
に、水膜分離リング構造体と施回分離装置とを管路中に
複数段配置させて、水滴、あるいは、水膜流などの湿分
分離を効果的な実施することが本発明の大きな特徴であ
る。

次に、本発明の第二の実施例について第６図ないし第８
図を用いて説明する。第６図は、タービン連絡管路内の
急ベンド部２５に本発明を適用した例である。垂直下降
管２４と水平管２６とに連結した急ベンド管２５の内部
は、入口リップル部５９と垂直リング部６２とから構成
された水膜分離リング構造体６０を配備し、垂直リング
６２は管路内壁１０８と同心二重構造とすることにより
、水腹リング構造体６０で管路内壁１０８上の水膜流５
７と管路中の主蒸気とを隔離分離し、管路内壁１０８と
水膜分離リング構造体６０の外周部で形成される水膜分
離室１０９に水膜流５７を導き。

さらに、下部のドレン集合室１１０に導出させる。

また、水膜分離構造体６０は上下の支持部材６３゜６４
に保持された多数の水滴分離ベーン６５で構成された水
滴捕獲分離装置６６に連接し、管路中央部を流動する蒸
気中の微細な水滴群５８を水滴分離ベーン６５に衝突付
着させる。水滴分離ベーン６５の詳細構造は、第７図に
示すように、急転向する流れに対して抵抗、損失の最小
限にできる円弧翼形状が望ましく、さらに、翼面上には
水滴吸込スリット７２．７３を配設することによって、
翼面上の水膜を主蒸気流から分離し、翼内部の分離室１
１１に導き、系外に排出する。

一方、第８図は水平管１９と垂直上昇管２２とに連結し
た急ベンド管２０の内部に水膜分離リング構造体６０、
及び、水滴捕獲分離装置６６と同一構造の水膜分離リン
グ構造体８１、及び、水滴捕獲分離装置８５を配備した
場合の実施例である。

第６図、第８図に例示した本発明の実施例の中で、水膜
分離リング構造体６０．あるいは、８１の上流側に、第
１図に例示した施回分離装置１０６を配設することもも
ちろん可能であり、水膜分離リング構造体６０．８１の
分離性能のアップにつながる・ また、第９図は本発明の変形実施例を示したものであり
、湿分分離加熱器１１と連結する導入配管２２に適用し
た例である。湿分分離加熱器１１と直結する導入配管２
２の内部には入口案内ベーン９０，９１，９３、で構成
された分配ベーン９４を配設し、湿分分離加熱器１１の
軸方向に導入した蒸気を均一に分配しようとする構造が
ある。

この場合、分配ベーンの下流側で、蒸気導入管２２の一
部を外壁９５と水膜分離ルーバ９９とで隔設されたドレ
ン集合室を追設し、水膜分離ルーパ９９によって導入管
内壁に付着した水膜流１１２をドレン集合室に導出して
、系外に排出することが可能となる。これにより、湿分
分離加熱器１１の入口導入部の内壁に付着した水膜流の
一部が入口のコーナ部９２ａ、９２ｂなどが飛散し。

再び、主蒸気へ随伴されることを未然に防ぐことができ
るようになり、従来のシェブロン型、あるいは、ワイヤ
メツシュ型湿分分離装置の分離性能向上に著しい効果を
発揮する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多量に湿分を含む湿り蒸気が高速で流
動するタービン連絡管路内に、水滴、あるいは、水膜流
として存在する湿分を効率よく分離・除去することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の湿分分離装置の断面図、第
２図、第３図は従来の原子力発電プラントの系統図、第
４図、第５図は、タービン連絡管路の斜視図、第６図、
第７図、第８図は本発明を適用した湿分分離装置の第二
ないし第四実施例の説明図、第９図は本発明の第五の実
施例の説明図である。 ３・・・高圧タービン、４・・・タービン連絡管路、１
１・・・湿分分離加熱器、３９・・・水膜分離リング構
造体。 ４６・・・遠心施回ベーン、６６・・・水滴分離装置、
】−ｏ６・・・旅回分離構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湿り蒸気中で作動する原子力タービン及び地熱ター
   ビンの連絡管路において、 管路内壁と同心二重構造を形成する水膜分離リングを配
   置し、前記水膜分離にリングは管内壁面を集積流動する
   水膜流を導くことによつて管路内の湿分を分離除去して
   系外に排出させ、前記水膜分離リングの上流側、あるい
   は、下流側の管路部に固定軸に支えられた遠心施回ベー
   ンをもつ施回分離装置を配備することによつて、蒸気中
   を随伴浮遊する水滴粒子を前記施回分離装置の施回力で
   管路内壁に付着させ、前記水膜分離リングと前記施回分
   離装置とを管路中に複数段に配備したことを特徴とする
   湿分分離装置。 ２、湿り蒸気中で作動する原子力タービン及び地熱ター
   ビンの連絡管路中のベンド管部に、蒸気中を随伴、浮遊
   する水滴粒子が衝突、集積できる複数の翼構造体を配備
   し、前記翼構造体のそれぞれは、翼面に付着、集積した
   膜状の湿分を翼内部に吸引して分離、除去できるスリッ
   ト形の吸込溝をもつ水滴分離翼を形成し、前記水滴分離
   翼を配備した前記ベンド管に連絡した直管部の上流側、
   あるいは、下流側、あるいは、上・下流両側の位置に、
   前記水膜分離リングと前記施回分離装置とを設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の湿分分離装置
   。 ３、シエブロン形及びワイヤメッシュ形湿分分離装置を
   内蔵した原子力タービンの湿分分離器、あるいは、湿分
   分離加熱器の蒸気導入管において、 前記蒸気導入管内に多数の凹凸形状のルーバ型内壁を形
   成し、前記蒸気導入管内壁と前記ルーバ型内壁とで形成
   される二重構造のドレン分離集合室に前記導入管内壁に
   付着した湿分の水膜流を導き、分離・除去することを特
   徴とする湿分分離装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   水膜分離リングと前記施回分離装置及び前記施回分離装
   置に近接する直管路の内壁と前記ベンド管内壁及び前記
   水滴分離翼は、硼化物あるいはクロム炭化物による被覆
   硬化処理あるいはフレームハードなどの表面硬化処理を
   施すことによつて高硬度化したことを特徴とする湿分分
   離装置。