JPH04365905A - 蒸気タービンにおける熱消費率改善方法及び蒸気タービン／復水器組合せ装置 - Google Patents
蒸気タービンにおける熱消費率改善方法及び蒸気タービン／復水器組合せ装置Info
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- JPH04365905A JPH04365905A JP4047203A JP4720392A JPH04365905A JP H04365905 A JPH04365905 A JP H04365905A JP 4047203 A JP4047203 A JP 4047203A JP 4720392 A JP4720392 A JP 4720392A JP H04365905 A JPH04365905 A JP H04365905A
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
- F01D3/02—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid characterised by having one fluid flow in one axial direction and another fluid flow in the opposite direction
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
- F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【発明の分野】本発明は、蒸気タービン発電システムに
関し、特に、低圧タービンの複数に領域化した蒸気排出
に関するものである。
関し、特に、低圧タービンの複数に領域化した蒸気排出
に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】環境保護のため、また、利用しうる水に
制限があるため、公共事業所は、発電プラントの復水器
において大きな温度上昇の採用を余儀なくされている。 そのため、冷却池及び湿式冷却塔（自然及び機械的通風
式のもの）の使用や、或る種の事例においては乾式冷却
塔の使用が増加している。即ち、タービン排気圧力にお
ける増加に伴い、このような補助冷却系が採用されてき
た。その結果、プラントの効率が低減するばかりではな
く、冷却系に付加的な要件が課せられている。
制限があるため、公共事業所は、発電プラントの復水器
において大きな温度上昇の採用を余儀なくされている。 そのため、冷却池及び湿式冷却塔（自然及び機械的通風
式のもの）の使用や、或る種の事例においては乾式冷却
塔の使用が増加している。即ち、タービン排気圧力にお
ける増加に伴い、このような補助冷却系が採用されてき
た。その結果、プラントの効率が低減するばかりではな
く、冷却系に付加的な要件が課せられている。
【０００３】米国においては、乾式冷却は１つの公共事
業所に限られており、最初は、２０ＭＷのタービンユニ
ットに適用され、次いで３６０ＭＷのタービンユニット
に適用された。これ等の２つの適用例は共に空冷式復水
器との関連においてであった。南アフリカ共和国では、
空冷式復水器を備えた６基の６６５ＭＷのタービンユニ
ットが建造されており、現在更に３ユニットが建造中で
ある。他の例においては、排出蒸気が、通常、自然通風
設計の乾式冷却塔を通される間接空冷が用いられている
。南アフリカ共和国においては、間接空冷を用いた６基
の６６８ＭＷのタービンユニットが建造されている。 それより小規模であるが、多数の間接空気冷却設計のも
のが、イギリス、ドイツ、ハンガリー、旧ソ連邦、イラ
ン、ブラジル、トルコ及び南アフリカ共和国の諸国で建
造された。これ等のプラントにおいては、スプレー式復
水器或は表面復水器が使用されている。
業所に限られており、最初は、２０ＭＷのタービンユニ
ットに適用され、次いで３６０ＭＷのタービンユニット
に適用された。これ等の２つの適用例は共に空冷式復水
器との関連においてであった。南アフリカ共和国では、
空冷式復水器を備えた６基の６６５ＭＷのタービンユニ
ットが建造されており、現在更に３ユニットが建造中で
ある。他の例においては、排出蒸気が、通常、自然通風
設計の乾式冷却塔を通される間接空冷が用いられている
。南アフリカ共和国においては、間接空冷を用いた６基
の６６８ＭＷのタービンユニットが建造されている。 それより小規模であるが、多数の間接空気冷却設計のも
のが、イギリス、ドイツ、ハンガリー、旧ソ連邦、イラ
ン、ブラジル、トルコ及び南アフリカ共和国の諸国で建
造された。これ等のプラントにおいては、スプレー式復
水器或は表面復水器が使用されている。
【０００４】原子力発電プラントに関する少なくとも１
つの乾式冷却の研究において、複圧力段或は複領域型復
水器を用いればプラントの経済性が改善されることが確
認された。更にまた、低圧（ＬＰ）タービン（ｔａｎｄ
ｅｍ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｉｘ ｆｌｏｗ ｅｘｈａ
ｕｓｔ＝タンデム複合六流排気）の最終翼列に異なった
寸法の翼もしくは羽根を使用することにより経済性が更
に改善される。この場合、最低圧力のタービン要素は最
大の排気環状面積を有し、この環状面積は高圧側の低圧
タービン要素においては減少する。 経済的利点及びタービン性能の改善は、複圧力レベルも
しくは複圧力領域の数と共に増加する。現在の慣行にお
いては、領域の数は低圧タービン要素の数に対応してい
る。しかし、米国特許第４，５５７，１１３号明細書に
は、排気が下向きに行われる複流低圧蒸気タービンの二
分部分の各々に別個の領域を有するタービンシステムが
開示されている。この米国特許明細書に開示されている
システムに基づき、単一の低圧蒸気タービン要素で２つ
の領域を得ることが可能であり、２つの複流低圧タービ
ンでは４つの領域を、そして３つの複流低圧タービンで
は６つの領域を得ることが可能である。
つの乾式冷却の研究において、複圧力段或は複領域型復
水器を用いればプラントの経済性が改善されることが確
認された。更にまた、低圧（ＬＰ）タービン（ｔａｎｄ
ｅｍ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｉｘ ｆｌｏｗ ｅｘｈａ
ｕｓｔ＝タンデム複合六流排気）の最終翼列に異なった
寸法の翼もしくは羽根を使用することにより経済性が更
に改善される。この場合、最低圧力のタービン要素は最
大の排気環状面積を有し、この環状面積は高圧側の低圧
タービン要素においては減少する。 経済的利点及びタービン性能の改善は、複圧力レベルも
しくは複圧力領域の数と共に増加する。現在の慣行にお
いては、領域の数は低圧タービン要素の数に対応してい
る。しかし、米国特許第４，５５７，１１３号明細書に
は、排気が下向きに行われる複流低圧蒸気タービンの二
分部分の各々に別個の領域を有するタービンシステムが
開示されている。この米国特許明細書に開示されている
システムに基づき、単一の低圧蒸気タービン要素で２つ
の領域を得ることが可能であり、２つの複流低圧タービ
ンでは４つの領域を、そして３つの複流低圧タービンで
は６つの領域を得ることが可能である。
【０００５】また、本願と同一の出願人に譲渡されてい
る１９８９年３月１日付けの米国特許願第０７／３１７
，４９５号明細書においては、低圧タービンの種々の領
域における性能を最適化するために動翼輪郭を同じにし
つつ羽根の翼部分の配向を変えることにより最終段の動
翼及び静翼のゲージを変えて、複流低圧タービンの各二
分部分において異なる大きさの最終列翼を使用すること
により、各領域における排気圧力の差が充分大きくなる
ようにして、より最適な性能を達成することが提案され
ている。従って、この場合には、特定のタービンユニッ
トの個々の低圧タービン要素は異なった長さの最終列翼
を有するように製作されている。
る１９８９年３月１日付けの米国特許願第０７／３１７
，４９５号明細書においては、低圧タービンの種々の領
域における性能を最適化するために動翼輪郭を同じにし
つつ羽根の翼部分の配向を変えることにより最終段の動
翼及び静翼のゲージを変えて、複流低圧タービンの各二
分部分において異なる大きさの最終列翼を使用すること
により、各領域における排気圧力の差が充分大きくなる
ようにして、より最適な性能を達成することが提案され
ている。従って、この場合には、特定のタービンユニッ
トの個々の低圧タービン要素は異なった長さの最終列翼
を有するように製作されている。
【０００６】空冷復水器の乾式ひれ付き管では、冷却空
気の温度は相当に上昇する。熱伝達の勾配は、空気と凝
縮蒸気の温度差である。乾式ひれ付き部分の管は比較的
に細くなければならない。このことは、通常、３〜６以
下の管列が順次空気流により横切られることを意味する
。従って、空気の温度は逐次上昇し、各管列には逐次高
くなる蒸気復水器圧力が発生することになる。尤も、こ
の問題は、場合により、各列のひれ間隔を変えることに
より改善することができる。
気の温度は相当に上昇する。熱伝達の勾配は、空気と凝
縮蒸気の温度差である。乾式ひれ付き部分の管は比較的
に細くなければならない。このことは、通常、３〜６以
下の管列が順次空気流により横切られることを意味する
。従って、空気の温度は逐次上昇し、各管列には逐次高
くなる蒸気復水器圧力が発生することになる。尤も、こ
の問題は、場合により、各列のひれ間隔を変えることに
より改善することができる。
【０００７】異なる復水圧力は、管寄せ内では、（１）
全ての管からの復水が完全に排出され、（２）全ての管
内の空気が分離され且つ排気されるように、等化しなけ
ればならない。或る１つのタービンシステム例において
は、空冷復水器は、（タービン排気部フランジ及び空冷
復水器を接続する）蒸気ダクト及び復水器要素内の圧力
損失が原因で、約１５℃低い飽和温度で運転されている
。
全ての管からの復水が完全に排出され、（２）全ての管
内の空気が分離され且つ排気されるように、等化しなけ
ればならない。或る１つのタービンシステム例において
は、空冷復水器は、（タービン排気部フランジ及び空冷
復水器を接続する）蒸気ダクト及び復水器要素内の圧力
損失が原因で、約１５℃低い飽和温度で運転されている
。
【０００８】空冷復水器は、（空気が空冷復水器中を通
過するに伴い逐次その温度が上昇するため）各管列内の
蒸気復水温度が逐次高くなる傾向を有しているので、特
に、複圧力段或は複領域動作に適している。この場合、
最低圧力領域は第１番目の管列に現れ、最大圧力領域は
最終管列に生ずる。
過するに伴い逐次その温度が上昇するため）各管列内の
蒸気復水温度が逐次高くなる傾向を有しているので、特
に、複圧力段或は複領域動作に適している。この場合、
最低圧力領域は第１番目の管列に現れ、最大圧力領域は
最終管列に生ずる。
【０００９】１９７９年５月に、本願の出願人は、「Ｄ
ｒｙ ＣｏｏｌｉｎｇＰｌａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（乾式
冷却プラントシステム）」のための複領域又は多段圧力
システムに関し米国特許を得た（米国特許第４，１５６
，３４９号明細書参照）。この例の場合には、低圧蒸気
タービンの排気は、蒸気復水器／アンモニア・リボイラ
ーに対して行われる。蒸発したアンモニアは、空気冷却
塔に導かれ、そこで凝縮して復水器／リボイラーに戻さ
れる。１つの復水器／リボイラーからのアンモニアは流
入冷却空気を受ける冷却塔の管に供給される。他の復水
器／リボイラーからのアンモニアは、第１の管群から出
る熱気を受ける冷却塔管に供給される。従って、蒸気タ
ービンは、乾式冷却プラントにおいて２つの圧力領域を
用いて運転されることになる。
ｒｙ ＣｏｏｌｉｎｇＰｌａｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ（乾式
冷却プラントシステム）」のための複領域又は多段圧力
システムに関し米国特許を得た（米国特許第４，１５６
，３４９号明細書参照）。この例の場合には、低圧蒸気
タービンの排気は、蒸気復水器／アンモニア・リボイラ
ーに対して行われる。蒸発したアンモニアは、空気冷却
塔に導かれ、そこで凝縮して復水器／リボイラーに戻さ
れる。１つの復水器／リボイラーからのアンモニアは流
入冷却空気を受ける冷却塔の管に供給される。他の復水
器／リボイラーからのアンモニアは、第１の管群から出
る熱気を受ける冷却塔管に供給される。従って、蒸気タ
ービンは、乾式冷却プラントにおいて２つの圧力領域を
用いて運転されることになる。
【００１０】凝縮領域即ち圧力レベルの数が増加すれば
、乾式冷却系において典型的な大きい冷却範囲（大きい
温度上昇）が得られるため、直接空気冷却プラントのサ
イクル性能及び経済性が改善されることが判明した。 空冷復水器には、空気が復水器中を通過するに伴い、各
復水器管列が逐次高くなる圧力で動作するという固有の
傾向が存在する。
、乾式冷却系において典型的な大きい冷却範囲（大きい
温度上昇）が得られるため、直接空気冷却プラントのサ
イクル性能及び経済性が改善されることが判明した。 空冷復水器には、空気が復水器中を通過するに伴い、各
復水器管列が逐次高くなる圧力で動作するという固有の
傾向が存在する。
【００１１】更に、慣用の蒸気復水器を備えた多くの湿
式冷却系は大きな温度上昇を有し、特に、複圧力もしく
は複領域復水器としての用途に適している。既に述べた
ように、圧力領域の数が増加すれば、間接空冷及び湿式
空冷塔双方における性能が改善される。問題となるのは
、領域の数がタービン排気流の数に制限されることであ
る。上述の米国特許第４，５５７，１１３号明細書には
、複流低圧タービンに２つの領域を得ることができるシ
ステム、即ち復水器を２つの領域に分割し、タービンの
一端からの排気を２つの領域の内の１つの領域に結合し
、タービンの他端からの排気を他方の領域に結合する系
が開示してある。この２領域方式の有利性に鑑みて、そ
れより多くの領域を設けることにより付加的な性能改善
が得られるであろうことが示唆される。しかし、領域の
数は利用可能なタービン排気数に制限されると考えられ
ている。
式冷却系は大きな温度上昇を有し、特に、複圧力もしく
は複領域復水器としての用途に適している。既に述べた
ように、圧力領域の数が増加すれば、間接空冷及び湿式
空冷塔双方における性能が改善される。問題となるのは
、領域の数がタービン排気流の数に制限されることであ
る。上述の米国特許第４，５５７，１１３号明細書には
、複流低圧タービンに２つの領域を得ることができるシ
ステム、即ち復水器を２つの領域に分割し、タービンの
一端からの排気を２つの領域の内の１つの領域に結合し
、タービンの他端からの排気を他方の領域に結合する系
が開示してある。この２領域方式の有利性に鑑みて、そ
れより多くの領域を設けることにより付加的な性能改善
が得られるであろうことが示唆される。しかし、領域の
数は利用可能なタービン排気数に制限されると考えられ
ている。
【００１２】従って、複流低圧タービンに３つ以上の排
気圧力領域を得ることが可能であるとすれば、或は、単
流低圧タービンに複数の圧力領域を得ることができると
するならば、付加的な改善が達成されるであろう。最後
に掲載した表１には、冷却水の２０．０℃の温度上昇を
有する設計で、単圧力もしくは単領域運転と比較して、
単流低圧蒸気タービンで２つの低圧領域を使用すること
により実現される有効エネルギーの増加及び圧力レベル
が示してある。この表１において、Ｔ０ は流入冷却水
温度を表し、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ２圧力段もしく
は２領域型復水器の第１番目及び第２番目の領域からの
流出冷却水温度を表す。また、Ｐ２及びＰ１は、それぞ
れＴ２及びＴ１に対応する飽和（復水）圧力を表してい
る。
気圧力領域を得ることが可能であるとすれば、或は、単
流低圧タービンに複数の圧力領域を得ることができると
するならば、付加的な改善が達成されるであろう。最後
に掲載した表１には、冷却水の２０．０℃の温度上昇を
有する設計で、単圧力もしくは単領域運転と比較して、
単流低圧蒸気タービンで２つの低圧領域を使用すること
により実現される有効エネルギーの増加及び圧力レベル
が示してある。この表１において、Ｔ０ は流入冷却水
温度を表し、Ｔ１及びＴ２は、それぞれ２圧力段もしく
は２領域型復水器の第１番目及び第２番目の領域からの
流出冷却水温度を表す。また、Ｐ２及びＰ１は、それぞ
れＴ２及びＴ１に対応する飽和（復水）圧力を表してい
る。
【００１３】低圧領域に排出される排出蒸気部分（約半
分）は、単圧力設計もしくは単領域設計における蒸気よ
りも１５．５〜１６．４Ｋｃａｌ／Ｋｇだけ大きい有効
エネルギを有している。この有効エネルギの増加は、冷
却塔から流出する水温範囲に対応して３０℃〜５６．７
℃の間で変化する初期復水器温度に依存する。
分）は、単圧力設計もしくは単領域設計における蒸気よ
りも１５．５〜１６．４Ｋｃａｌ／Ｋｇだけ大きい有効
エネルギを有している。この有効エネルギの増加は、冷
却塔から流出する水温範囲に対応して３０℃〜５６．７
℃の間で変化する初期復水器温度に依存する。
【００１４】表２においては、単圧力領域復水器と４圧
力領域復水器とが比較してある。この表において、Ｔ０
は、初期の冷却水温度を表し、Ｔ４は、最終領域から流
出する水の温度を表す。Ｔ１、Ｔ２及びＴ３ は、他の
領域から出る水の温度を表す。また、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
及びＰ４ は各種領域における復水圧力である。また、
Ｐ４は、単領域或は単圧力領域設計の復水圧力をも表し
ている。この表から明らかなように、単圧力設計におけ
る有効エネルギと比較し、各種領域内で膨張する蒸気の
有効エネルギに対応の増加が見られる。
力領域復水器とが比較してある。この表において、Ｔ０
は、初期の冷却水温度を表し、Ｔ４は、最終領域から流
出する水の温度を表す。Ｔ１、Ｔ２及びＴ３ は、他の
領域から出る水の温度を表す。また、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
及びＰ４ は各種領域における復水圧力である。また、
Ｐ４は、単領域或は単圧力領域設計の復水圧力をも表し
ている。この表から明らかなように、単圧力設計におけ
る有効エネルギと比較し、各種領域内で膨張する蒸気の
有効エネルギに対応の増加が見られる。
【００１５】表３及び表４は、温度上昇が１３．３℃で
ある場合において、それぞれ１領域と２領域設計間にお
ける比較、及び１領域と４領域設計間における比較を示
す表である。乾式冷却方式における温度上昇は、概ね、
２０．０℃のレベルに接近するが、自然通風湿式冷却塔
においては１３．３℃〜２０．０℃の範囲が典型的な範
囲である。自然通風乾式冷却塔を装備した火力プラント
においては、温度上昇は１３．３℃〜２０．０℃の範囲
の下半分の範囲内になる傾向があり、他方、原子力プラ
ントでは、温度上昇はこの範囲の上半分の範囲内になる
傾向がある。また、湿式機械通風冷却塔を装備した火力
プラントは、一般に、８．３℃と１３．９℃との間の温
度上昇を有し、他方、機械通風冷却塔を装備した原子力
プラントは、通常、１３．３℃と１６．７℃との間の温
度上昇を有する。湿度が低い地域においては、機械通風
湿式塔は、１６．７℃〜２０．０℃の温度上昇を伴うよ
うに建造されている。
ある場合において、それぞれ１領域と２領域設計間にお
ける比較、及び１領域と４領域設計間における比較を示
す表である。乾式冷却方式における温度上昇は、概ね、
２０．０℃のレベルに接近するが、自然通風湿式冷却塔
においては１３．３℃〜２０．０℃の範囲が典型的な範
囲である。自然通風乾式冷却塔を装備した火力プラント
においては、温度上昇は１３．３℃〜２０．０℃の範囲
の下半分の範囲内になる傾向があり、他方、原子力プラ
ントでは、温度上昇はこの範囲の上半分の範囲内になる
傾向がある。また、湿式機械通風冷却塔を装備した火力
プラントは、一般に、８．３℃と１３．９℃との間の温
度上昇を有し、他方、機械通風冷却塔を装備した原子力
プラントは、通常、１３．３℃と１６．７℃との間の温
度上昇を有する。湿度が低い地域においては、機械通風
湿式塔は、１６．７℃〜２０．０℃の温度上昇を伴うよ
うに建造されている。
【００１６】表５及び６は、１３．３℃及び２０．０℃
の温度上昇及び最大圧力領域における所与の条件と共に
、単領域、２領域及び４領域方式における各領域での蒸
気温度及び圧力を示す表である。
の温度上昇及び最大圧力領域における所与の条件と共に
、単領域、２領域及び４領域方式における各領域での蒸
気温度及び圧力を示す表である。
【００１７】領域化及びそれに伴う０．５６、１．１１
及び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの羽根損失増加を評価する
ために、用いられるタービン形態もしくは構造に関し、
標準のフード損失で計算を行った。表７においては、単
領域もしくは無領域系の性能と２領域系の性能とが１３
．３ ℃の温度上昇で比較して示してある。２領域系の
性能は、フード損失における０、０．５６、１．１１及
び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの増加で表されている。表８
は、２０℃温度上昇での対応のデータを示す。
及び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの羽根損失増加を評価する
ために、用いられるタービン形態もしくは構造に関し、
標準のフード損失で計算を行った。表７においては、単
領域もしくは無領域系の性能と２領域系の性能とが１３
．３ ℃の温度上昇で比較して示してある。２領域系の
性能は、フード損失における０、０．５６、１．１１及
び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの増加で表されている。表８
は、２０℃温度上昇での対応のデータを示す。
【００１８】これ等の２つの比較は、単流低圧タービン
要素に関連するものである。フード損失において１．６
７Ｋｃａｌ／Ｋｇの増加があっても、２領域の場合には
出力の増加が得られる。この出力増加は、１３．３℃の
温度上昇の場合よりも２０．０℃の温度上昇の場合の方
が大きい。
要素に関連するものである。フード損失において１．６
７Ｋｃａｌ／Ｋｇの増加があっても、２領域の場合には
出力の増加が得られる。この出力増加は、１３．３℃の
温度上昇の場合よりも２０．０℃の温度上昇の場合の方
が大きい。
【００１９】タービンユニットが複流低圧タービン要素
を有する場合には、既述の米国特許第４，５７７，１３
３号明細書に示してあるように、該タービン要素を２領
域で製作することができよう。この設計の場合には、所
定の排気容積流量に対しフード損失の増加は生じないで
あろう。
を有する場合には、既述の米国特許第４，５７７，１３
３号明細書に示してあるように、該タービン要素を２領
域で製作することができよう。この設計の場合には、所
定の排気容積流量に対しフード損失の増加は生じないで
あろう。
【００２０】明らかなように、複圧力段構成を用いれば
、有効エネルギに顕著な増加が得られる。１領域に対す
る２領域の場合には、全排気流量（表１及び３に示した
値の半分）を基に２０．０℃の温度上昇の場合で７．７
２〜８．２２Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギ増加が、そ
して１３．３℃の温度上昇の場合では、５．３３〜５．
６１Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギー増加が得られる。 また、１領域に対し４領域の場合には、全排気流量（表
２及び４に示した値の半分）を基に２０．０℃の温度上
昇で、１１．６〜１２．３Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネル
ギー増加が、そして１３．３℃の温度上昇で、８．０６
〜８．３９Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギ増加が得られ
る。
、有効エネルギに顕著な増加が得られる。１領域に対す
る２領域の場合には、全排気流量（表１及び３に示した
値の半分）を基に２０．０℃の温度上昇の場合で７．７
２〜８．２２Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギ増加が、そ
して１３．３℃の温度上昇の場合では、５．３３〜５．
６１Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギー増加が得られる。 また、１領域に対し４領域の場合には、全排気流量（表
２及び４に示した値の半分）を基に２０．０℃の温度上
昇で、１１．６〜１２．３Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネル
ギー増加が、そして１３．３℃の温度上昇で、８．０６
〜８．３９Ｋｃａｌ／Ｋｇの有効エネルギ増加が得られ
る。
【００２１】表５及び６には、最大復水温度並びに１３
．３℃及び２０．０℃の復水器温度上昇に対し種々の領
域構成と関連しての圧力が示してある。
．３℃及び２０．０℃の復水器温度上昇に対し種々の領
域構成と関連しての圧力が示してある。
【００２２】
【発明の概要】複領域タービン系の上述の利点は、本発
明の１つの実施形態においては、分割板を、タービン排
気部の垂直軸線に沿い設置（軸方向配位）して下向き排
気部或は上向き排気部の各端に２つの圧力領域を画成す
ることにより達成される。タービンのカバー及び基部を
２分した部分における側方排気部の場合には、分割板を
、上記軸方向配位を維持しつつ、水平方向或は垂直方向
の中心線の何れかに沿い配置することができる。軸方向
排気部の場合にも、分割板は、復水器の配位に依存し垂
直中心線か或は水平中心線の何れかに沿い配置すること
ができよう。
明の１つの実施形態においては、分割板を、タービン排
気部の垂直軸線に沿い設置（軸方向配位）して下向き排
気部或は上向き排気部の各端に２つの圧力領域を画成す
ることにより達成される。タービンのカバー及び基部を
２分した部分における側方排気部の場合には、分割板を
、上記軸方向配位を維持しつつ、水平方向或は垂直方向
の中心線の何れかに沿い配置することができる。軸方向
排気部の場合にも、分割板は、復水器の配位に依存し垂
直中心線か或は水平中心線の何れかに沿い配置すること
ができよう。
【００２３】分割板の各側の排気圧力における差が原因
で、最終動翼列出口環状部における分割板の前縁に入射
流が生ずるであろう。従って、分割板の入口縁もしくは
前縁は、最終列の翼もしくは羽根が速度及び負荷変動中
の運動差が原因で接触しないように下流側に充分に離し
て配置するのが有利であろう。
で、最終動翼列出口環状部における分割板の前縁に入射
流が生ずるであろう。従って、分割板の入口縁もしくは
前縁は、最終列の翼もしくは羽根が速度及び負荷変動中
の運動差が原因で接触しないように下流側に充分に離し
て配置するのが有利であろう。
【００２４】
本発明の理解を一層明確にするために、添付図面を参照
し本発明の好適な実施例に関して詳細に説明する。
し本発明の好適な実施例に関して詳細に説明する。
【００２５】図１を参照すると、低圧複流蒸気タービン
要素１及び本発明の教示を具現した複領域型もしくは多
段圧力型復水器３が示してある。
要素１及び本発明の教示を具現した複領域型もしくは多
段圧力型復水器３が示してある。
【００２６】復水器３は、複数本の水平方向に配置され
た直管７を包む胴部５と、該胴部５及び管７の両側に配
置された水箱もしくは管寄せ９及び１１を含む。管寄せ
９の１つと流体連通関係で入口側冷却水ノズル１３が配
置されており、そして、他の管寄せ１１と流体連通関係
で出口側冷却水ノズル１５が配置されており、その結果
として、流入冷却水は、図１で見て、管７の右手側の端
から流入し、流出冷却水は管７の左側の端から排出され
る。
た直管７を包む胴部５と、該胴部５及び管７の両側に配
置された水箱もしくは管寄せ９及び１１を含む。管寄せ
９の１つと流体連通関係で入口側冷却水ノズル１３が配
置されており、そして、他の管寄せ１１と流体連通関係
で出口側冷却水ノズル１５が配置されており、その結果
として、流入冷却水は、図１で見て、管７の右手側の端
から流入し、流出冷却水は管７の左側の端から排出され
る。
【００２７】タービンは、復水器３の胴５と流体連通関
係に配置されているケーシングもしくはハウジング１７
を備えている。ハウジング１７内に回転自在に配置され
ているのは、ロータ１９と、複数の交互にかみ合った静
翼列２１及び動翼列２３とであり、これ等の翼列は、ハ
ウジング１７の中心部分から出発して、タービン１の軸
方向端部に向かい反対の方向で軸方向に延在する２つの
蒸気流路を形成している。ハウジング１７の中心部分に
は、蒸気入口ノズル２５が配置されていて、各蒸気流路
内の翼列に対し蒸気を供給する。
係に配置されているケーシングもしくはハウジング１７
を備えている。ハウジング１７内に回転自在に配置され
ているのは、ロータ１９と、複数の交互にかみ合った静
翼列２１及び動翼列２３とであり、これ等の翼列は、ハ
ウジング１７の中心部分から出発して、タービン１の軸
方向端部に向かい反対の方向で軸方向に延在する２つの
蒸気流路を形成している。ハウジング１７の中心部分に
は、蒸気入口ノズル２５が配置されていて、各蒸気流路
内の翼列に対し蒸気を供給する。
【００２８】胴５及びハウジング１７内には、１枚以上
とすることができる分割板２７が配置されており、胴５
及びハウジング１７内に２つの別個の室２９及び３１を
画成している。室２９は、流入冷却水が流れる管を有し
、室３１は流出冷却水が流れる管を有しており、その結
果、室２９及び３１内には、それぞれ、低背圧及び高背
圧が形成される。これ等の室２９及び３１は、それぞれ
、低圧室２９及び高圧室３１と称する。分割板２７は、
一辺を溶接することにより復水器又はタービンハウジン
グに固定することができ、そして、分割板２７の熱膨張
を許容するのに必要であれば、参照数字３３で総括的に
示すような目違い継ぎ構造を設けることができる。
とすることができる分割板２７が配置されており、胴５
及びハウジング１７内に２つの別個の室２９及び３１を
画成している。室２９は、流入冷却水が流れる管を有し
、室３１は流出冷却水が流れる管を有しており、その結
果、室２９及び３１内には、それぞれ、低背圧及び高背
圧が形成される。これ等の室２９及び３１は、それぞれ
、低圧室２９及び高圧室３１と称する。分割板２７は、
一辺を溶接することにより復水器又はタービンハウジン
グに固定することができ、そして、分割板２７の熱膨張
を許容するのに必要であれば、参照数字３３で総括的に
示すような目違い継ぎ構造を設けることができる。
【００２９】低圧室２９内に開口する蒸気流路の右手側
の端に位置する最終動翼列２３Ａは、高圧室３１に開口
する蒸気流路の左側の端に位置する最終動翼列２３Ｂよ
りも長くすることができ、それに対応して最終静翼列２
１Ａ及び２１Ｂを相応に変更することができる。蒸気流
路内の最終静翼列２１Ａ又は最終動翼列２３Ａのゲージ
は、最終静翼列２１Ｂ又は最終動翼列２３Ｂのゲージよ
りも大きくすることができよう。
の端に位置する最終動翼列２３Ａは、高圧室３１に開口
する蒸気流路の左側の端に位置する最終動翼列２３Ｂよ
りも長くすることができ、それに対応して最終静翼列２
１Ａ及び２１Ｂを相応に変更することができる。蒸気流
路内の最終静翼列２１Ａ又は最終動翼列２３Ａのゲージ
は、最終静翼列２１Ｂ又は最終動翼列２３Ｂのゲージよ
りも大きくすることができよう。
【００３０】上に述べたように、図１に示した複領域或
は複圧力段復水器とタービンとの組み合わせによれば、
このような複領域型復水器を備えないタービンユニット
と比較して熱性能は０．７ ％も改善されるであろう。 既に述べたように、本発明者等は、タービン排気側を付
加的な領域に分割することができれば、更に大きな性能
改善を達成することができるものと信ずる。
は複圧力段復水器とタービンとの組み合わせによれば、
このような複領域型復水器を備えないタービンユニット
と比較して熱性能は０．７ ％も改善されるであろう。 既に述べたように、本発明者等は、タービン排気側を付
加的な領域に分割することができれば、更に大きな性能
改善を達成することができるものと信ずる。
【００３１】図１の左半分には、本発明の一実施例が示
してある。排気出口（蒸気排出口）４７Ａを画成する外
側流れガイド３７及び内側流れガイド３９には一対の垂
直の分割板３５Ａ及び３５Ｂが取り付けられており、こ
れ等の一対の垂直分割板３５Ａ及び３５Ｂは外側及び内
側流れガイド３７、３９間に延在して、実効的に、ター
ビンから流出する蒸気を、排気側端から見た場合に、左
半分の蒸気４７Ａ’及び右半分の蒸気４７Ａ”に分割し
ている。このような蒸気の２つの別個の部分への分割は
、外側シリンダ壁又はハウジング１７に取り付けられて
いる一対の別の垂直分割板４１Ａ及び４１Ｂにより達成
されている。分割板４１Ａ及び４１Ｂは、前述した目違
い継ぎ構造３３のようなもの或は他の形態の弾性継手に
より、それぞれ分割板３５Ａ及び３５Ｂに結合されてい
る。尚、この目違い継ぎ構造は、組み立てを容易にする
と共に、結合された分割板の熱膨張差を吸収する作用を
する。また、分割板４１Ａ及び４１Ｂは、外側流れガイ
ド３７、内筒ハウジング４３及び板２７の当接表面に溶
接その他の仕方で結合することもできる。板２７と関連
して述べると、分割板４１Ｂは、復水器３を貫通して、
該復水器３の左半分を、図１で見て、前部区画３Ａ及び
後部区画３Ｂに分割している。
してある。排気出口（蒸気排出口）４７Ａを画成する外
側流れガイド３７及び内側流れガイド３９には一対の垂
直の分割板３５Ａ及び３５Ｂが取り付けられており、こ
れ等の一対の垂直分割板３５Ａ及び３５Ｂは外側及び内
側流れガイド３７、３９間に延在して、実効的に、ター
ビンから流出する蒸気を、排気側端から見た場合に、左
半分の蒸気４７Ａ’及び右半分の蒸気４７Ａ”に分割し
ている。このような蒸気の２つの別個の部分への分割は
、外側シリンダ壁又はハウジング１７に取り付けられて
いる一対の別の垂直分割板４１Ａ及び４１Ｂにより達成
されている。分割板４１Ａ及び４１Ｂは、前述した目違
い継ぎ構造３３のようなもの或は他の形態の弾性継手に
より、それぞれ分割板３５Ａ及び３５Ｂに結合されてい
る。尚、この目違い継ぎ構造は、組み立てを容易にする
と共に、結合された分割板の熱膨張差を吸収する作用を
する。また、分割板４１Ａ及び４１Ｂは、外側流れガイ
ド３７、内筒ハウジング４３及び板２７の当接表面に溶
接その他の仕方で結合することもできる。板２７と関連
して述べると、分割板４１Ｂは、復水器３を貫通して、
該復水器３の左半分を、図１で見て、前部区画３Ａ及び
後部区画３Ｂに分割している。
【００３２】図１の複流タービンの１つの排気端部だけ
が本発明による流れ分割板を具備するものとして示して
あるが、他の排気端にも、復水器３を更にその右半分側
で２つの領域に分割するために類似の流れ分割板を用い
ることが可能である。図１のタービンの左半分が、単流
排気タービンを表すものとすると、出力における相当の
増加、換言するならば、熱消費率の相当の減少を実現す
ることができる。更にまた、図１の軸方向に整列した排
気環４７Ａ、４７Ｂに対し垂直方向に配位した分割板を
示したが、側方排気タービンにおいて、水平軸線に沿う
水平の分割板或は該軸線に対して垂直な垂直分割板を用
いることが可能であろう。また、特定の排気構造に適応
された分割板の他の構成も自ずと明らかであろう。
が本発明による流れ分割板を具備するものとして示して
あるが、他の排気端にも、復水器３を更にその右半分側
で２つの領域に分割するために類似の流れ分割板を用い
ることが可能である。図１のタービンの左半分が、単流
排気タービンを表すものとすると、出力における相当の
増加、換言するならば、熱消費率の相当の減少を実現す
ることができる。更にまた、図１の軸方向に整列した排
気環４７Ａ、４７Ｂに対し垂直方向に配位した分割板を
示したが、側方排気タービンにおいて、水平軸線に沿う
水平の分割板或は該軸線に対して垂直な垂直分割板を用
いることが可能であろう。また、特定の排気構造に適応
された分割板の他の構成も自ずと明らかであろう。
【００３３】図２を参照すると、図１のタービンの端面
図が示してある。尚、図２に示したタービンの端面は、
説明の便宜上、図１におけるタービンの右側のタービン
端であると仮定すると共に、図１の左側タービン端に関
しての上の説明に従い流れ分割板４１、３５を具備して
いるものと仮定している。各端は本質的に他方の端の鏡
像であるので、右端における排気環を４７Ｂで示した点
を除き、両端において同じ参照数字が用いるてある。２
つの分割板４１及び３５は、添え字Ａ、Ｂが付されたセ
グメントに更に分割されて、排気流を２つの流路、即ち
、流路４７Ｂ’と４７Ｂ”に分離している。各流路は、
復水器３の個別の区画３Ａ’、３Ｂ’に結合されている
。
図が示してある。尚、図２に示したタービンの端面は、
説明の便宜上、図１におけるタービンの右側のタービン
端であると仮定すると共に、図１の左側タービン端に関
しての上の説明に従い流れ分割板４１、３５を具備して
いるものと仮定している。各端は本質的に他方の端の鏡
像であるので、右端における排気環を４７Ｂで示した点
を除き、両端において同じ参照数字が用いるてある。２
つの分割板４１及び３５は、添え字Ａ、Ｂが付されたセ
グメントに更に分割されて、排気流を２つの流路、即ち
、流路４７Ｂ’と４７Ｂ”に分離している。各流路は、
復水器３の個別の区画３Ａ’、３Ｂ’に結合されている
。
【００３４】米国特許第４，５５７，１１３号明細書に
開示されている教示が具現されている図１に示したよう
な複流排気では、改善率は相当に低いが、復水器の昇温
に依存し２．２５％と２．７％との間にあると予想する
のが合理的であろう。熱消費率改善の比較を、複領域化
されていない複流排気について行えば、熱消費率改善は
１％を越えるであろう。また、タービンが側方排気構造
を有する場合には、ここに提案した構成を採用すること
により、フード損失の増加は最小になる。
開示されている教示が具現されている図１に示したよう
な複流排気では、改善率は相当に低いが、復水器の昇温
に依存し２．２５％と２．７％との間にあると予想する
のが合理的であろう。熱消費率改善の比較を、複領域化
されていない複流排気について行えば、熱消費率改善は
１％を越えるであろう。また、タービンが側方排気構造
を有する場合には、ここに提案した構成を採用すること
により、フード損失の増加は最小になる。
【００３５】分割板３５Ａ、３５Ｂに湾曲スロット４５
を形成して、高い排気圧力で発生する渦から生ずる高圧
領域及び低圧領域間で流れの交換を行い、それにより、
フード内における流れの分離を低減することができる。
を形成して、高い排気圧力で発生する渦から生ずる高圧
領域及び低圧領域間で流れの交換を行い、それにより、
フード内における流れの分離を低減することができる。
【００３６】タービン翼構造の排気側に分割板３５、４
１を設けることにより、熱消費率の相当な減少になる。 本発明を単流排気方式に適用した場合には、最大の改善
が達成され、フード損失が増加するにも拘わらず約１％
の出力増加が得られる。側方排気タービンの場合には、
更に大きな潜在的出力増加が期待される。米国特許第４
，５５７，１１３号明細書に示してある２領域配列と４
領域配列（図１の左端及び右端を分割した構造）とを比
較した場合、０．２５％〜０．５％の改善は容易である
。 翼構造は、１つの領域から他の領域に遷移する際に衝撃
荷重を受けるが、翼構造出口平面と分割板入口との間に
隙間があるため、この過渡的な衝撃荷重の深刻さが軽減
される。
１を設けることにより、熱消費率の相当な減少になる。 本発明を単流排気方式に適用した場合には、最大の改善
が達成され、フード損失が増加するにも拘わらず約１％
の出力増加が得られる。側方排気タービンの場合には、
更に大きな潜在的出力増加が期待される。米国特許第４
，５５７，１１３号明細書に示してある２領域配列と４
領域配列（図１の左端及び右端を分割した構造）とを比
較した場合、０．２５％〜０．５％の改善は容易である
。 翼構造は、１つの領域から他の領域に遷移する際に衝撃
荷重を受けるが、翼構造出口平面と分割板入口との間に
隙間があるため、この過渡的な衝撃荷重の深刻さが軽減
される。
【００３７】分割板３５を横切り、排気圧力差が生ずる
と予想されるが、分割板の前縁に沿い入射が生ずる。こ
の入射が生ずる結果として、分割板を用いない単段圧力
運転と比較し、フード性能が低下する。表７（１３．３
℃上昇）及び表８（２０．０℃上昇）では、単領域設計
と２領域設計とが比較してあり、後者の場合にはフード
損失の増加は、０、０．５６、１．１１及び１．６７Ｋ
ｃａｌ／Ｋｇである。表９（１３．３℃上昇）及び表１
０（２０．０℃上昇）では、（フード損失が増加しない
）２領域設計と、フード損失が０、０．５６、１．１１
及び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇだけ増加する４領域設計と
を比較したものである。低い蒸気温度で改善が負になる
理由は２つある。第１に、低圧領域が絞られ、排気圧力
における改善を完全には利用できないためである。表９
の４２．２℃の例を参照されたい。第２の理由は、最大
圧力領域における性能がフード損失の増加が原因で低下
するためである。
と予想されるが、分割板の前縁に沿い入射が生ずる。こ
の入射が生ずる結果として、分割板を用いない単段圧力
運転と比較し、フード性能が低下する。表７（１３．３
℃上昇）及び表８（２０．０℃上昇）では、単領域設計
と２領域設計とが比較してあり、後者の場合にはフード
損失の増加は、０、０．５６、１．１１及び１．６７Ｋ
ｃａｌ／Ｋｇである。表９（１３．３℃上昇）及び表１
０（２０．０℃上昇）では、（フード損失が増加しない
）２領域設計と、フード損失が０、０．５６、１．１１
及び１．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇだけ増加する４領域設計と
を比較したものである。低い蒸気温度で改善が負になる
理由は２つある。第１に、低圧領域が絞られ、排気圧力
における改善を完全には利用できないためである。表９
の４２．２℃の例を参照されたい。第２の理由は、最大
圧力領域における性能がフード損失の増加が原因で低下
するためである。
【００３８】実際、フード損失の増加は、低い蒸気温度
において零の近傍にあるべきである。と言うのは、ター
ビン排気流は軸流に近似しており、所定の流量において
２つの半体間における分割板に対する入射は低いからで
ある。排気温度が高い場合には、フード損失の増加は１
．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの値に接近するであろう。
において零の近傍にあるべきである。と言うのは、ター
ビン排気流は軸流に近似しており、所定の流量において
２つの半体間における分割板に対する入射は低いからで
ある。排気温度が高い場合には、フード損失の増加は１
．６７Ｋｃａｌ／Ｋｇの値に接近するであろう。
【００３９】図示の実施例に関する説明から本発明の原
理は明らかにされたと考える。尚、当業者には、図示の
実施例における構造、配列及び要素に関し多くの変更を
本発明の実施に当たって行い、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく特定の運転条件に適した他の実施例
を想到しうるであろう。このような変形例もしくは他の
実施例も本発明の範囲に包含されるものであることを付
記する。
理は明らかにされたと考える。尚、当業者には、図示の
実施例における構造、配列及び要素に関し多くの変更を
本発明の実施に当たって行い、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱することなく特定の運転条件に適した他の実施例
を想到しうるであろう。このような変形例もしくは他の
実施例も本発明の範囲に包含されるものであることを付
記する。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
【表５】
【００４５】
【表６】
【００４６】
【表７】
【００４７】
【表８】
【００４８】
【表９】
【００４９】
【表１０】
【図１】複流蒸気タービンの簡略部分横断面図であって
、本発明による流れ分割板を左側の排気出口に示す図で
ある。
、本発明による流れ分割板を左側の排気出口に示す図で
ある。
【図２】図１の右端における簡略部分横断面図であって
、本発明による流れ分割板を設けた場合のタービン端構
造を図解する図である。
、本発明による流れ分割板を設けた場合のタービン端構
造を図解する図である。
１ 低圧複流蒸気タービン
３ 復水器
１７ ハウジング
３５ 流れ分割板
４１ 流れ分割板
４７ 蒸気排出口
Claims (3)
- 【請求項１】 蒸気が排出される復水器と流体連通関
係で結合された少なくとも１つの蒸気排出口を有する低
圧蒸気タービンにおける熱消費率改善方法であって、前
記少なくとも１つの蒸気排出口からの排出蒸気を少なく
とも２つの別個の流路に分割するステップと、前記各流
路からの分割された排出蒸気を前記復水器の対応の区画
内を通すステップとを含み、前記復水器の各区画は、該
各区画を流れる蒸気流が実質的に他の区画を流れる蒸気
流から隔離されるように、画成されている、低圧蒸気タ
ービンにおける熱消費率改善方法。 - 【請求項２】 複区画復水器と流体連通関係で結合さ
れた少なくとも２つの蒸気排出口を有する低圧複流蒸気
タービンにおける熱消費率改善方法であって、前記蒸気
排出口の内の１つを他の蒸気排出口から実質的に分離し
て前記各蒸気排出口からの蒸気を前記復水器の異なった
別個の部分に導き、前記少なくとも２つの別個の蒸気排
出口の各々からの排出蒸気を分割して前記復水器と流体
連通関係にある４つの排出蒸気流路を形成し、前記４つ
の排出蒸気流路の分離を前記復水器内においても一貫し
て維持する、諸ステップを含む、低圧複流蒸気タービン
における熱消費率改善方法。 - 【請求項３】 単一の排気の流れに複数の圧力領域を
有する低圧蒸気タービン／復水器組合せ装置であって、
複数の区画に分割された復水器と、前記復水器と流体連
通関係にありタービンからの排出蒸気を該復水器内に導
くタービンハウジングと、前記タービンに結合されて蒸
気を前記タービンハウジング内に排出するように位置付
けられた少なくとも１つの蒸気排出口と、前記蒸気排出
口に配置されて前記タービンハウジング内に延び、排出
蒸気を２つの分離された流路に分割する少なくとも１つ
の分割板とを含み、前記分離された各流路は前記復水器
の複数の区画のうちの関連の区画に結合される、低圧蒸
気タービン／復水器組合せ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US666321 | 1991-03-08 | ||
| US07/666,321 US5174120A (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | Turbine exhaust arrangement for improved efficiency |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04365905A true JPH04365905A (ja) | 1992-12-17 |
Family
ID=24673719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4047203A Pending JPH04365905A (ja) | 1991-03-08 | 1992-03-04 | 蒸気タービンにおける熱消費率改善方法及び蒸気タービン／復水器組合せ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5174120A (ja) |
| JP (1) | JPH04365905A (ja) |
| KR (1) | KR100243548B1 (ja) |
| CA (1) | CA2062444C (ja) |
| ES (1) | ES2051215B1 (ja) |
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| WO2008126769A1 (ja) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 復水設備 |
| JP2014521003A (ja) * | 2011-07-15 | 2014-08-25 | シーメンス アクティエンゲゼルシャフト | 蒸気タービンハウジング |
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