JPH05184830A - 湿分分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】分離エレメントまたは分離エレメントブロック
の相互間の間隙側端にエレメントベーンを配設し、組立
てが容易で、かつ線膨脹係数の相違による伸び差を吸収
して熱膨脹差による損傷発生を防止すると共に、当該間
隙においても湿分分離機能をもたせて湿分分離性能を向
上させた湿分分離装置を提供する。 【構成】本体胴内に多数のエレメントベーンにより湿分
を分離するための蒸気流路を多数形成してなる分離エレ
メントまたは複数の分離エレメントを一体に連結した分
離エレメントブロックを相互間に間隙を介して複数配設
した湿分分離装置において、前記分離エレメントまたは
分離エレメントブロックの間隙側端にエレメントベーン
を配設すると共に、この間隙側端のエレメントベーン相
互間で湿分を分離する蒸気流路を形成する。さらに、分
離エレメントまたは分離エレメントブロックの相互間に
形成された湿分を分離する蒸気流路の巾が、湿分分離装
置を構成する材料の熱膨脹差より大きく、かつ分離エレ
メント内部における湿分を分離する蒸気流路の巾と同じ
か、または小さくしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体中に含まれる液体
粒子を分離する装置、例えば原子力発電所等において使
用される蒸気タービンの湿分分離装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電所等において、高圧
タービンを通過して仕事をした後の蒸気には、10％以上
の水滴が含まれており、湿り蒸気となっている。従っ
て、この高圧タービンを通過した後の蒸気が、そのまま
低圧タービンに供給された場合には、水滴によるタービ
ン翼の浸食や、タービン効率の低下を招来する。そこで
通常、高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離装
置を設けて、この湿分分離装置によって高圧タービンを
通過した蒸気を、ほぼ乾き飽和蒸気として低圧タービン
に供給し、タービン翼の浸食やタービン効率低下を防止
している。

【０００３】図４乃至図６は従来の湿分分離装置の縦断
面図を示し、図４は全体の縦断面図、図５は図４におけ
るＡ−Ａ矢視断面図、図６は図４におけるＢ−Ｂ矢視断
面図である。密閉円筒状の本体胴１内には、その前後両
端の近傍に装着された端板２，２間に、互いに平行な軸
線方向に延びる２列の分離エレメント３，３が配設され
ており、各列の分離エレメント３，３は、それぞれ上記
両端板２，２間に軸線方向に延びると共に、互いに平行
な２枚の内外側の支持脚板４ａ，４ｂからなる支持脚４
によって支持されている。

【０００４】また各列の分離エレメント３，３の頂部
は、両端板２，２間に延びる天井板５の左右両端部に、
それぞれ支持されている。一方、上記両支持脚４，４の
内側支持脚板４ａ，４ａには、前記両端板２，２間に軸
線方向に延びると共に、本体胴１の底壁部から離間さ
れ、その底壁部との間にドレンダクト６を形成する底板
７の両側端部が、それぞれ固着されている。

【０００５】この底板７上には、頂端部が互いに隣接
し、下端部が互いに拡開されると共に、前記分離エレメ
ント３，３と平行に延びる蒸気分配用の多孔板８，８の
下端縁が装着されており、その多孔板８，８の頂端縁は
天井板５に連接されている。また前記左右の分離エレメ
ント３，３、天井板５および底板７によって囲まれた空
間は、その空間中央部に配設された２枚のダクト壁板
９，９によって前後に区画されており、このダクト壁板
９，９は、上端部を天井板５、下端部を底板７にそれぞ
れ連接され、後述するドレンダクト14と連通するフラッ
シュ蒸気ダクト10を形成している。

【０００６】ところで、底板７には、端板２、底板７、
多孔板８および、ダクト壁板９によって区画形成され
た、前後の各蒸気分配室11，11に開口し、本体胴１壁を
貫通する湿り蒸気入口管12，12が夫々連接されており、
さらに前記支持脚４の内側支持脚板４ａには、複数個の
切欠き13が設けられている。他方、前記本体胴１の底壁
中央部にはドレンタンク14が垂設されており、最下部に
はドレン出口15が配設してある。また頂壁部には蒸気出
口16が設けられている。

【０００７】しかして、図示しない高圧タービンから排
出された湿り蒸気30は、湿分分離装置本体胴１の下部に
設けた湿り蒸気入口管12，12より蒸気分配室11，11に流
入する。そしてこの蒸気分配室11に流入した湿り蒸気30
は、上記湿り蒸気入口管12からの遠近等に応じて、開口
面積を異にする多数の孔を設けた分配用の多孔板８によ
って、その多孔板８の全面にわたってほぼ等流量とな
り、分離エレメント３に流入する。分離エレメント３に
流入した湿り蒸気30は、その分離エレメント３によって
水滴粒子が捕捉、分離され、乾き蒸気31となって分離エ
レメント３から流出し、本体胴１の上部に配設した蒸気
出口16を経て、図示しない低圧タービンへ導かれる。

【０００８】一方、上記分離エレメント３で湿り蒸気30
から分離した水滴粒子はドレンとなり、内外側支持脚板
４ａ，４ｂからなる支持脚４内に、重力により落下し、
さらに内側支持脚板４ａに設けた切欠き13からドレンダ
クト６内に流出して本体胴１の下部に垂設されたドレン
タンク14内に落下する。そして、このドレンタンク14内
に落下したドレンは、ドレンタンク14の下部に配設した
ドレン出口15から図示しない低圧給水加熱器等に導かれ
る。

【０００９】他方、運転中に蒸気タービントリップや、
負荷しゃ断等の事故発生時に系統の急激な圧力低下によ
って、ドレンタンク14内のドレンが自己蒸発を起こした
場合には、この発生した蒸気を速やかに排出する必要が
ある。そのためには専用通路が設けてあり、自己蒸発し
た蒸気はドレンタンク14内を上昇し、その自己蒸発した
蒸気の排出専用通路であるフラッシュ蒸気ダクト10に流
入し、フラッシュ蒸気ダクト10内に設置した分離エレメ
ント３，３を通過することによって、乾き飽和蒸気31と
なって、他の分離エレメント３から流出した乾き蒸気31
と合流して、蒸気出口16から低圧タービンへ流出する。

【００１０】ところで、前記分離エレメント３は、図７
の斜視図および、図８(A) の要部正断面図と、図８(B)
の図８(A) におけるＣ−Ｃ矢視側断面図に示すように、
複数のエレメントベーン３ａ，３ａが、スペーサ軸３
ｂ，３ｂとスペーサ３ｄ，３ｄによって等間隔に支持さ
れ、これらが２枚の側板３ｃによって挟まれたサンドイ
ッチ構造をしている。前記エレメントベーン３ａは図７
に示すように、Ｖ字状の屈曲部を有した波板形状をして
おり、多量の湿分を含んだ蒸気30は、相対する複数のエ
レメントベーン３ａ，３ａ間に形成される蒸気流路40に
流入する。

【００１１】この屈曲した蒸気流路40を流れるにつれ
て、蒸気中の湿分は流れの屈曲による遠心力と慣性によ
り、エレメントベーン３ａの表面に付着して蒸気より分
離される。分離された湿分は水滴となり重力によってエ
レメントベーン３ａを伝わって下方に流れ落ちてドレン
となる。このように形成された分離エレメント３は、内
外側の支持脚板４ａ，４ｂからなる支持脚４と、天井板
５の端部下面に設けられた押え板17の間に、本体胴１の
鏡板部側から滑らすように挿設され、多数の分離エレメ
ント３が隙間なく収納されて、分離エレメントブロック
が構成され、端板２により固定されている。

【００１２】ところが、上記のような構造で収納された
分離エレメントブロックには、運転時に次のような不具
合が発生する。即ち、一般に分離エレメント３の収納時
の室温と、運転時の湿分分離装置内温度との差が 100℃
以上になるため、装置内の各部における構成材料の線膨
脹係数の相違による伸び差が発生する。特に炭素鋼の本
体胴１および、支持脚４と、ステンレス鋼製の分離エレ
メント３との間の差異が著しく、本体胴１の軸線方向に
通常数ミリメートルの伸び差が発生する。

【００１３】この時に分離エレメント３が軸線方向に移
動できないと、図８(A) に示すように分離エレメント３
のスペーサ軸３ｂは、上記伸び差に相当する圧縮荷重Ｊ
を受けることになる。この荷重Ｊは数トンにも及び、ス
ペーサ軸３ｂに発生するいわゆる熱応力は通常の許容応
力を越える。さらに、分離エレメントブロックが、均一
に伸び差を吸収しない場合には、局部的に過大応力が発
生し、これが著しい場合にはスペーサ軸３ｂや他の部材
を破損に至らしめることになる。

【００１４】そこで従来は図９の要部正断面図に示す様
に、例えば３個の分離エレメント３の隣接する側板３ｃ
の上下端部を、図10の図９におけるＥ−Ｅ矢視要部拡大
平面図に示すように溶接固定して、１個の分離エレメン
トブロック18を構成すると共に、さらに温度上昇による
伸び差を考慮した適当な間隙19をあけ、複数の分離エレ
メントブロック18を直列に連設して、分離エレメントブ
ロック群を構成している。

【００１５】また各々の分離エレメントブロック18の内
の１つの分離エレメント３において、２枚の側板３ｃの
各々の内面に接するように、ストッパ片20ａ，20ｂが、
内側支持脚板４ａの上面に溶接固着されている。従っ
て、湿分分離装置の運転時の熱膨脹による伸び差を考え
ると、図９における分離エレメントブロック18は通常Ｄ
₁ 方向およびＤ₂ 方向に均一に伸び、この伸び量は、分
離エレメントブロック18の両側に設定した間隙19によっ
て吸収される。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】湿分分離装置における
分離エレメント３の据付に際しての設置誤差、および本
体胴１など分離装置や分離エレメント３の材料の線膨脹
係数のばらつきがあるため運転時の間隙19が設計値の零
とならず、若干の隙間が残ることがある。図11は図９に
おけるＦ−Ｆ矢視平面図で、この図11で示すように、本
来、湿った蒸気30はエレメントベーン３ａ相互間で形成
された巾寸法Ｋの蒸気流路40を通過し、湿分が分離され
て乾き蒸気31となるべきであるが、分離エレメントブロ
ック18の両側で側板３ｃ間に巾寸法Ｌの間隙19が生じて
いると、湿った蒸気30はそのままの状態で間隙19を通過
して洩れる。このことは湿分分離装置として分離性能を
低下させることとなる課題があった。

【００１７】本発明の目的とするところは、分離エレメ
ントまたは分離エレメントブロックの相互間の間隙側端
にエレメントベーンを配設し、組立てが容易で、かつ線
膨脹係数の相違による伸び差を吸収して熱膨脹差による
損傷発生を防止すると共に、当該間隙においても湿分分
離機能をもたせて湿分分離性能を向上させた湿分分離装
置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本体胴内に多数のエレメ
ントベーンにより湿分を分離するための蒸気流路を多数
形成してなる分離エレメントまたは複数の分離エレメン
トを一体に連結した分離エレメントブロックを相互間に
間隙を介して複数配設した湿分分離装置において、前記
分離エレメントまたは分離エレメントブロックの間隙側
端にエレメントベーンを配設すると共に、この間隙側端
のエレメントベーン相互間で湿分を分離する蒸気流路を
形成する。

【００１９】さらに、分離エレメントまたは分離エレメ
ントブロックの相互間に形成された湿分を分離する蒸気
流路の巾が、湿分分離装置を構成する材料の熱膨脹差よ
り大きく、かつ分離エレメント内部における湿分を分離
する蒸気流路の巾と同じか、または小さくしたことを特
徴とする。

【００２０】

【作用】分離エレメントまたは分離エレメントブロック
相互間の間隙は、エレメントベーンが向い合って形成さ
れた蒸気流路であり、分離エレメント内部における蒸気
流路と同様に湿分の分離機能を有している。さらに、こ
の蒸気流路である間隙の巾寸法Ｍを分離エレメントの蒸
気流路の巾寸法Ｋより小さく（Ｍ＜Ｋ）設定することに
より、この間隙による蒸気流路における湿分分離性能は
分離エレメント内部における蒸気流路より高くなる。従
って、この間隙に流入した湿った蒸気も通過後には乾い
た蒸気となり、分離エレメントブロック群において湿っ
た蒸気が洩れることはなく、湿分分離装置の湿分分離性
能が向上する。

【００２１】さらに、前記分離エレメントブロック相互
間の間隙の巾寸法は、従来の零に近い巾寸法と異なり、
分離エレメント内部における蒸気流路の巾寸法に近似の
大きい隙間であるので、分離エレメント等を本体胴内に
組込む際の据付許容範囲が大きく、作業性が向上し、か
つ湿分分離装置を構成する材料の線膨脹係数の相違によ
る熱膨脹差による損傷も余裕を持って防止できる。

【００２２】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分について
は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。本発明の
分離エレメントブロックにおいては、図１の要部平面図
に示すように、両端に設けた側板３ｃの間にＶ字状の屈
曲部を有した波板形状のエレメントベーン３ａを多数
枚、平行に並べて両端の側板３ｃ，３ｃと共にスペーサ
軸３ｂ、およびスペーサ３ｄにて結合して構成した分離
エレメント３と、この分離エレメント３を例えば３個併
列し、隣接する側板３ｃ同志を溶接して分離エレメント
ブロック21を構成する。

【００２３】さらに、この分離エレメントブロック21の
両端に位置する側板３ｃの外側には、エレメントベーン
３ａを配設し、かつ、このエレメントベーン３ａは、隣
接する分離エレメントブロック21の端部に配設されたエ
レメントベーン３ａと組み合って、巾寸法Ｍの間隙42で
ある蒸気流路41を形成するように構成する。なお、この
間隙42の寸法Ｍは、当該分離エレメントブロック21間に
おける熱膨脹差より大きい寸法ではあるが、分離エレメ
ント内部における蒸気流路40の巾寸法Ｋと同じか、また
は小さい寸法（Ｍ≦Ｋ）に定める。

【００２４】次に上記構成による作用を説明する。間隙
42は従来の間隙19と同様に湿分分離装置の本体胴１内
に、分離エレメントブロック21の組込み時の作業性向上
と、運転時における熱膨脹差を吸収することができる
が、本発明の間隙42は前記した分離エレメント内部にお
ける蒸気流路40と同様に湿分を分離する蒸気流路41を形
成しているので、この間隙42に流入した湿った蒸気30も
通過後は乾いた蒸気31となり、湿った蒸気30が分離エレ
メントブロック群より洩れることはなく、従って、湿分
分離装置における湿分分離性能は向上する。

【００２５】また蒸気流路41である間隙42の巾寸法Ｍを
分離エレメント内部における蒸気流路40の巾寸法Ｋより
小さく設定すると、蒸気流路41における湿分分離性能は
分離エレメント内部における蒸気流路40より向上するた
め、間隙42の蒸気流路41を通過する蒸気は分離エレメン
ト内部における蒸気流路40を通過した蒸気より更に乾い
た蒸気31となり、湿分分離性能が更に向上する。

【００２６】なお、本一実施例の分離エレメント内部に
おける蒸気流路40の巾寸法Ｋを具体的な数字で示すと約
16mmで、この時の分離エレメントブロック21の熱膨脹差
は約２mmである。従って、例えば一実施例においては、
隣接する分離エレメントブロック21の間隙側端のエレメ
ントベーン３ａ相互間の間隙42の巾寸法Ｍを２〜16mmに
設定すれば良い。

【００２７】さらに、従来技術においては分離エレメン
トブロック18の据付け作業は、図11に示す隣接する分離
エレメントブロック18の側板３ｃ相互間の間隙19の巾寸
法Ｌが２mmとなる様に、細心の注意を要して実施してい
たが、本発明によれば間隙42の巾寸法Ｍの許容範囲が２
〜16mmと極めて広く、分離エレメントブロック21の据付
が容易となり作業工数および、工期の削減ができる。

【００２８】なお、本一実施例においては、分離エレメ
ントブロック21を分離エレメント３を３個組合わせた構
成として説明したが、その組合わせ個数は３個に限ら
ず、湿分分離装置の寸法、形状および、作業性等の都合
により１個、またはその他の数でも良く、上記した一実
施例と同様の作用と効果が得られる。

【００２９】図２の要部平面図は本発明の他の実施例を
示す分離エレメントブロックを示し、上記従来技術と同
様に分離エレメント３の前後には蒸気分配用の多孔板８
が設けられている。また図３(A) は図２におけるＧ−Ｇ
矢視正面図で、図３(B) は図３(A) のＨ−Ｈ矢視側断面
図である。図３(A) において明らかなように多孔板８は
多数の穴８ａが設けられた板であり、全ての分離エレメ
ント３に均一に蒸気が分配されるように取付けている。

【００３０】この他の実施例の構成には図１において補
強の目的で設けられている分離エレメント３の両端部に
おける側板３ｃは設けられていないが、多孔板８をボル
ト50を用いて分離エレメント３の取付金具51に取付けて
ある。これにより多孔板８は均一に蒸気を分配する機能
だけではなく、分離エレメント３を補強する役目を備え
ている。このために従来、および上記一実施例において
分離エレメント３の補強のため、その両端に設けられて
いた側板３ｃ，３ｃを取り除いた部分に、エレメントベ
ーン３ａを追加して設置できる。

【００３１】なお、図３に示すように分離エレメント３
は、支持脚４、および天井板５により支持されており、
多孔板８は分離エレメント３の前後に取付けられてい
て、この多孔板８の下部には切欠き部52が設けられてお
りこの切欠き部52にストッパ片53を挿入し支持脚４に溶
接、固着することにより分離エレメント３を支持脚４に
固定している。また図１に示す上記一実施例において、
寸法Ｎで示した側板３ｃの内法とエレメントベーン３ａ
の外側の部分は湿分分離機能を持たない無効部分であっ
たが、この他の実施例では無効部分が無くなり、その分
だけ分離エレメント３が小型化できる。

【００３２】通常１個の分離エレメント３の巾は約500m
m であり、側板３ｃ部分の寸法Ｎは無効な部分の寸法
で、分離エレメント１個当り約50mmであった。従って、
この他の実施例によれば分離エレメント３を約10％小型
にすることができ、さらに、湿分分離装置も同様に小型
化できて製作コスト、工期等についても短縮できる。な
お、各分離エレメント３の端部のエレメントベーン３ａ
は、上記一実施例と同様に隣り合う分離エレメント３間
の間隙42を挟んで、相対向して蒸気流路41を形成してい
る。

【００３３】ここでも間隙42は熱膨脹差より大きい巾寸
法Ｍであるが、分離エレメント３内部における蒸気流路
40の巾寸法Ｋと同じか、より小さい寸法（Ｍ≦Ｋ）に設
定する。このように他の実施例においても、間隙42にお
いて熱膨脹差を吸収するので熱膨脹差による損傷発生の
恐れはなく、また間隙42は前記分離エレメント３内部に
おける蒸気流路40と同様、あるいは以上の蒸気分離機能
を有した蒸気流路41となるので、分離エレメント群から
湿った蒸気30が洩れることによる湿分分離性能の低下は
生じない。

【００３４】なお、上記した実施例では、いずれもエレ
メントベーンをＶ字状の屈曲部を有した波板形状のエレ
メントベーン３ａを採用した分離エレメント３を例に説
明したが、本発明においては他の形状のエレメントベー
ンとした分離エレメントにおいても同様の作用と効果が
得られるのは勿論のことである。

【００３５】

【発明の効果】以上本発明によれば、湿分分離器を構成
する材料の線膨脹係数の相違による伸び差を吸収するた
めに設けた間隙を蒸気流路として、湿分分離器内部の構
成物の熱膨脹差による損傷を防止すると共に、湿った蒸
気の洩れをなくして湿分分離性能を向上させ、かつ分離
エレメントと湿分分離装置の小形化が容易となり、さら
に組み立て誤差の許容範囲が大きく、組立て作業が容易
となることから製作コストや工期等の圧縮が図れる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分離エレメントブロッ
クの要部平面図。

【図２】本発明の他の実施例を示す分離エレメントブロ
ックの要部平面図。

【図３】本発明の他の実施例を示す分離エレメントブロ
ックで図３(A) は図２におけるＧ−Ｇ矢視正面図、図３
(B) は図３(A) におけるＨ−Ｈ矢視側断面図。

【図４】従来の湿分分離装置の縦断面図。

【図５】図４におけるＡ−Ａ矢視断面図。

【図６】図４におけるＢ−Ｂ矢視断面図。

【図７】従来の分離エレメントの要部斜視図。

【図８】従来の分離エレメントブロックで図８(A) は要
部正断面図、図８(B) は図８(A) におけるＣ−Ｃ矢視側
断面図。

【図９】従来の分離エレメントブロックの要部正断面
図。

【図１０】図９におけるＥ−Ｅ矢視要部拡大平面図。

【図１１】従来の分離エレメントブロックの要部平面図
（図９のＧ−Ｇ矢視平面図）。

【符号の説明】

１…本体胴、２…端板、３…分離エレメント、３ａ…エ
レメントベーン、３ｂ…スペーサ軸、３ｃ…側板、３ｄ
…スペーサ、４…支持脚、４ａ…内側支持脚板、４ｂ…
外側支持脚板、５…天井板、７…底板、８…多孔板、17
…押え板、18，21…分離エレメントブロック、19，41…
間隙、30…湿った蒸気、31…乾いた蒸気、40…分離エレ
メント内部における蒸気流路、41…間隙の蒸気流路、50
…ボルト、51…取付金具、52…切欠き部、53…ストッパ
片、Ｊ…荷重、Ｋ…分離エレメント内部における蒸気流
路の巾寸法、Ｌ…間隙の巾寸法、Ｍ…間隙の蒸気流路の
巾寸法、Ｎ…側板部分の寸法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 本体胴内に多数のエレメントベーンによ
   る湿分を分離するための蒸気流路を多数形成してなる分
   離エレメントまたは複数の分離エレメントを一体に連結
   した分離エレメントブロックを相互間に間隙を介して複
   数配設した湿分分離装置において、前記分離エレメント
   または分離エレメントブロックの間隙側端にエレメント
   ベーンを配設すると共に、この間隙側端のエレメントベ
   ーン相互間で湿分を分離する蒸気流路を形成したことを
   特徴とする湿分分離装置。
2. 【請求項２】 分離エレメントまたは分離エレメントブ
   ロックの相互間に形成された湿分を分離する蒸気流路の
   巾が、湿分分離装置を構成する材料の熱膨脹差より大き
   く、かつ分離エレメント内部における湿分を分離する蒸
   気流路の巾と同じか、または小さくしたことを特徴とす
   る請求項１記載の湿分分離装置。