JPS5912727A - 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】 蒸気が貫流することによるその圧力降下を減少させるよ
うに改良した湿分分離器／再熱器に関するものである。

高温高圧の動力蒸気を用いる蒸気タービン発電プラント
においては、高圧タービンにおける蒸気の部分的膨張後
に該蒸気から湿分を取シ除くことが、一般に認められた
慣行となっている。

また、蒸気を再熱して過熱状態にすることも通常の慣行
となっている。特に、原子力により動力を供給される蒸
気タービン発電所で普通に使用されている蒸気発生器は
、通常の化石燃焼式蒸気発生器で得られるほど高温の動
力蒸気を発生しない。従って、蒸気が蒸気タービン系統
内で部分的に膨張した後、同伴した湿分を除去しない限
り、該湿分が下流側の各段のタービン羽根に重大な悪影
響を及ぼすかも知ｔない。蒸気の再熱操作により有害な
湿分を後から形成することなくタービン内において更に
膨張が可能であるため、湿分除去後に蒸気を再熱してい
る。

大抵のタービン系統においては、連続する低圧ユニット
間に複数の湿分分離器／再熱器が使用さｒている。

これ等の湿分分離器／再熱器（ＭＳＲ）は最小の圧力降
下損失で多量の流れを処理するように設計しなければな
らない。従って、これ等の湿分分離器／再熱器（Ｍ　Ｓ
　Ｒ）の湿分分離特性及び再熱特性を向上して、ＭＳＨ
の物理的寸法を増大することなくもつと多量の流れを最
適の湿分除去率及び最小の圧力降下で処理しうるように
することが明らかに望ましい。

蒸気から湿分を除去する技術は様々なものが尚業者に知
られている。これ等の技術による方法及び関連装置の大
部分は、何らかの方法で、高速蒸気を該蒸気よシ低温の
静止物体に当てるようにしている。米国特許第６３０，
０２３号明細書が開示する水と蒸気の分離器では、通路
を貫流する蒸気の通行を訪客すると共に、蒸気内の水粒
子の比重が相対的に重いことを利用して、蒸気流から水
を凝縮し、そして除去し、続いてその水を集めている。

Ｍ［３Ｈのあるものでは、金属メツシュに蒸気流を通し
−、メツシュ繊維の表面に凝縮する水を集めている。し
かし、この特別な技術は、高速及び大流量で使用した場
合に、メツシュの飽和に由来する低効率という重大な欠
点を持っている。

特に最近、複数の波板又はジグザグ状板部材を含み、該
板部材が互いに連係して、それ等の間を通る蒸気流の方
向に繰シ返し変化を生じさせるＭ　８　Ｒが設計されて
きた。このようなジグザグ状板部材の使用は、米国特許
第Ｊ、’Ｉ　９θ、コ１０号、第、７，５２０．／　／
　Ａ　号、第３．り／　Ｊ、、２７　ｇ　号、第３．９
．２　、？、００９号、第３．ｔ　Ａ　、３．Ａ　Ｏ１
号及び第、３．ｇ　Ｏ！；、ｌ　ｔ　Ａ　　号明細書に
開示されている。これ等の板部材は、蒸気を繰り返し方
向転換させると共に静止表面（前述したように、該静止
表面はその上に湿分を凝縮させ、蒸気流から取り除く）
に当てさせる目的を果たすので、ＭＡＲにおいて普通に
使用されているものである。

通常のＭＳＲは半球形の両端を有する略々円筒１Ｆｔの
ケーシング内に配設さｔするのが一般的である。湿シ蒸
気はＭＳＨの一端で普通導入され、続いて、軸方向に延
びる複数の室のうちの第１の室を軸方向に貫流する。次
いで、ケーシングの中心軸にほぼ垂直な方向に流れるこ
とによって、湿り蒸気は第二の室に入る。蒸気が第１か
ら第二の室に移る時に、該蒸気は、それ自身よりも低温
の静止表面に尚たる。米国特許第Ｊ、ｊ　９　、？、ｊ
θＯ号明細智はこの種のＭＳＲｆ：開示している。蒸気
流から更に湿分を取り除くために、その後続いて、蒸気
流を前述した複数のジグザグ状又はアコーデオン状板部
材に通すことができる。このようｆＪ、、ａ重の湿分除
去方法は米国特許第３、ま７り、３０１　　号明細書に
記載されている。

蒸気流がＭＳＲを去る前に、蒸気は再熱器を通るのが普
通でおシ、蒸気の温度は再熱器によって更に上昇せしめ
られる。蒸気流は軸方向の一端からＭＥＩＨに入り、該
λ４Ｅ］Ｈの中心線に垂直にＭＳＲから出るので、湿分
を含んだ蒸気は方向転換をしなければならず、そしてこ
の方向転換中に、蒸気流がＭＡＲの諸内部部分の軸方向
の長さに沿って均等に分配されることが望ましい。前述
した米国特許第３．ｋ　’／　３．ｋ　００　　号は、
ＭＡＲ内の板に沿って軸方向に分布した複数の穴を利用
することによって、この流れの均等分配を達成せんと試
みている。湿り蒸気は前記板の一方の側に配設された一
つの室に流入し、そして最初の流れにほぼ垂直な方向に
前記板の穴を通シ抜けることによって別の室に入る。前
記米国特許第、３！ｒ７’！３０３　号は、ＭＳＨの内
部部分に沿って軸方向に延びる円筒形マニホルドに湿り
蒸気を通過させることによって、上述した分配の均等化
を行なっている。該マニホルドはその壁を半径方向に貫
通するように穿孔した複数の穴を有する。湿り蒸気はマ
ニホルドを軸方向に通過し、次いでその外壁を半径方向
に通過し、マニホルドから出る時に静止表面に衝突し、
しかる後アコーデオン状のベーン及び続いて再熱器を貫
流するように進む。

当業者にとって明らかであるように、蒸気が米国特許第
Ｊ、ｔ　９　Ｊ、にθθ　号明細書に記載されたような
板か、或は米国特許第、３．！ｆ　７　Ｑ、Ｊ　Ｏ，７
号明細徊に記載されたようなマニホルドを貫流させらｔ
する時に、該蒸気は回復不能の圧力損失を受ける。この
圧力損失がＭ＋３’Ｒ内の１１μの諸損失に加わり、蒸
気がＭＳＲを貫流する時に受ける全圧力降下が増大する
。この圧力降下は、タービン系統の総合運転効率に有害
な影響を及ぼすので、費用のかかる原因となる。

本発明は半球形の両端を有する剛な円筒形の外部胴を使
用する。該外部胴の軸方向の一端には入口ポートが設け
られており、外部胴の円部部分は一つの室に分かれてい
る。第１の室は入口ボートと流体連通すると共に、入口
ボートから第１の室に入る湿分含有蒸気の流れに対する
通路となっている。第１の室を第一の室から分離する板
は概して弓状に湾曲している。外部胴の内部部分に沿っ
て軸方向に延びる前記板の一つの端は、接触してはいな
いが、外部胴の内面の近くに置かれている。この端が曲
げらｔｌて形成する弓状部分は、その半径方向外表面が
外部胴の内面と協働して、外部胴の内面に沿って軸方向
に延びる通路を形成している。該通路の横断ｍｉは概し
てノズル状であって、中央の狭小部分の両側にそれぞｔ
１末広部分及び先細部分がある。

蒸気が第７の室から第一の室に流入する時に、該蒸気は
前述した狭小部分の領域を通過する。

従って、蒸気がこの領域を通過する時に、蒸気速度が相
当に上昇し、その後、蒸気よシ低温の外部胴の内面に衝
突する。かかる速度上昇により、同伴されていた湿分が
内面上に凝縮し、従って蒸気流から取９除かれる。蒸気
が前記通路を出て第一の室に入る時に、その速度が再び
減少し、そして通路を通る際に蒸気の受けた圧力降下が
回復する。本発明の主な利点は、このように、蒸気が通
路から出る時に、損失していた蒸気圧力を回復できる点
にある。明らかなように、蒸気が平らな板か、或は円筒
管の壁にある穴を通過する時に、該蒸気は回復不能の圧
力損失を受ける。しかし、両端に先細及び末広部分を持
つノズル状の通路を蒸気が通過する時には、通路中央の
狭巾部分通過の際に蒸気が受けた一時的な圧力損失は、
前述したもののように急で鋭利な縁の例いた穴で可能な
場合よりも高い度合で回復できる。

このように改良した圧力損失の回復は、湿分分離器／再
熱器の全圧力損失を減少させることができ、そして本発
明の主な利点に合致する。

次に本発明の好適な実施例を添付図面に関連して詳細に
説明する。

本発明は蒸気流から湿分を除去する装置に関し、特に、
湿分分離中に起こる圧力降下を可及的に減少させながら
蒸気流から同伴湿分を除去するように改良した湿分分離
器／再熱器に関するものである。

第１図は当業者に知られている先行技術の湿分分離器／
再熱器（Ｍ　ＥＩ　Ｒ）を示しておシ、該ＭＳＲは、両
端に半球形の端部／コ、／３を有する剛な円筒胴ＩＯと
、端部仕切板／ｌ及び／Ｓとを備える。仕切板／ダは端
部／、２と協働し、入口ボート／６と軸方向に延びる管
／１との間に流体の連通を可能にしている。この構造に
より、湿υ蒸気がＭＳＨに入り管／を内を長さ沿いに軸
方向に流れる。管ｌざには複数の穴ユＯが備えられてい
て、蒸気は該穴を通つ工、管１ｇ内における流れに対し
て垂直な方向に管／ｇから出る。

第１図及び第２図を見ると、ＭＳＲを通る蒸気路がもつ
と容易に理解できる。第１図及び第一図において、蒸気
路は実線矢印で表わしてあシ、４Ｊｔ縮水路は点線矢印
で表わしである。蒸気は、穴、２０を通って管／ｇから
出た後、円筒胴１０の内面に当たる。蒸気自身よシも低
温のこの内面に当たると、湿分は核内面上に凝縮し、重
力の作用により、湿分出口管２．２に向かって落ちて行
く。一方、蒸気は一つ又はそれ以上の湿分分離構造体２
ダ及び、２＆を通シ、一つ又はそれ以上の再熱器２６及
び２７を通り、そして出口ボートコざを通って出る。

各再熱器、２６、．２７は複数の管３ｏと、加熱用蒸気
を再熱器内に導入する入口３．２と、再熱器から復水を
除去する出口３ｙとを備える。上述した特定の構造を含
んでいようといまいと、どんな適尚な再熱器も本発明の
範囲内にあると認められるべきである。

機能的には、ＭＳＲは蒸気を半球形の室ａＯに導入し、
しかる後、この室から管７ｇに流入させて該管を軸方向
に流れさせる。しかる後、蒸気は管／ｌにある複数の穴
λ０を通過することによって肢管／ｌから出る。蒸気が
穴、２０を通過する時に、その速度が増加し、そして圧
力は蒸気の流れに対する有効横断面積の相対的な変化に
よシ減少する。穴、２０を通って管／ｌから出る時の速
度増加のために、蒸気は相当な勢いで円筒胴１０の内面
に衝突する。衝突にょυ蒸気は円筒胴１０の内面上に凝
縮し、第２図に点線矢印で示したように下方へ流れる。

蒸気は湿分分離構造体コク及びコｊを連続的に通シ、そ
の後再熱器二６及びコクを連続的に通って、出口ボート
、２ｇを通ってＭＡＲを去る。

第１図及び第２図に示したＭＳＲは、管７ｇの軸方向長
さに沿って蒸気流を適切に分配させると共に、円筒胴／
θの内面との蒸気の衝突により十分な湿分分離を行なわ
せるが、蒸気が穴２０を通って管／ｇから出る時に蒸気
の受ける圧力降下は、ＭＳＲと該ＭＥＩＲが使用されて
いるタービン系統の総合効率を低下させる。

第３図は本発明に従って構成された湿分分離器／再熱器
（Ｍ　Ｓ　Ｒ）を図示している。このＭＳＲは、軸方向
の両端に半球形端部ｌ／、２及び／／３のある円筒形の
外部側Ｉ１０を備える。ＭＳＨの一端には入口ボート／
／４が設けられており、該入口ボートからＭＡＲ内へ蒸
気を導入することができる。ＭＳＨの内部を区画するた
めに、端部仕切板／／’Ｉ及び／／３がＭＡＲ内に設け
られている。仕切板／／？は端部／／、２と協働して半
球形の室／ＩＩＯを提供し、この室ｉａｏ内に湿シ蒸気
を流入させることができる。仕切板／／ダは、入口ポー
）／／１．と湾曲板／／ざの一側辺との間に流体連通を
与えるようになっている。

本発明に従って構成されたＭＳＨの作動は第３図及び第
Ｖ図の双方を見るともつとよく理解することができる。

湿り蒸気は入口ボート／／６及び半球形の室／ｙθを通
過して、ＭＥＩＲ内の第１の室Ａに入る。第７図におい
てはコつの室にＡという表示をしであるが、とｎ等の室
は、第７図に示しｊｊＭｓＲの対称的性質のため本質的
に同一のものであることを理解さｊ、たい。従って、こ
の明細書では、同様に作用するコつの室の一方について
ＭＢＨの作動を説明することとする。

湿υ蒸気は第１の室Ａ内をＭＳＨの内部部分に沿って軸
方向に流れる。第１の室Ａの大きさ及び形状は、一つ又
はそれ以上の再熱器／、２６及び７．２７を収容する壁
構造／／９と一緒に円筒形の外部胴／１０内にある湾曲
板／／ざの相対的な大きさ及び配置によって表わされて
いる。

板／／１は湾曲してほぼ弓状の形を作っている。

板の一方の端は壁構造／／りにしつかシ取着されてお９
、板の反対側の端は所定の曲率半径で曲げらｎている。

また、板／／１は、弓状に形成されたその端が外部側／
１０の内面に接触はしないが該表面の近傍に位置するよ
うに形成され且つ配置さｔている。板／／ｇ及び外部側
／ｌθの相対的な形状は、腰板／／す及び外部側／１０
の比較的近い近似性と相俟って、両者間に狭巾通路を形
成する。この通路は板／／１の軸方向長さに沿って延び
、そして、第７図の横断面が明らかに示すように、板ｉ
ｉｇによって室Ａから分離された次の室Ｂへと、蒸気が
室Ａから流れうる通路を与えている。該狭巾通路は室Ａ
の近くに先細部分を、室Ｂの近くに末広部分を、両者間
に巾Ｒの狭巾限定部分を有する。

蒸気が室Ａから室Ｂに通過する時に、巾Ｒの限定部分の
領域における横断面積の減少によシ、蒸気はその速度が
上昇する。このように蒸気速度が増加するので、蒸気の
圧力は、蒸気が巾Ｒの最も狭い部分を通過する時に、最
小値まで降下する。しかる後、室Ｂの近くの通路の末広
部分を通過する時に、蒸気はその速度が減少し、速度減
少に伴って蒸気圧力が上昇する。蒸気の流れに関して通
路が徐々に先細であり且つ末広がりであるため、蒸気は
、室Ａ内で持っていたその圧力の相当の部分を回復する
。当業者にとって明らかなように、室Ａ及びＢ間の限定
領域におけるこの漸次的な先細化及び末広化は、板又は
管の壁にある穴を用いることによシ得られるオリアイス
型の通路で通常可能な場合よりも大きく圧力を回復させ
ることができる０圧力降下のこの高回復率はＭＳＨにお
ける、従って、゛全タービン系統における全圧力損失を
減少させる。

室Ｂに入った後、蒸気は湿分分離構造体１２４１及び１
．２３を通過する。これ等の構造体は、前述したアコー
デオン型即ちジグザグ状板部材のような適当な湿分分離
装置ならどんなものでもよい。脱湿された蒸気は一つ又
はそれ以上の再熱器７２番及び！、２７を通るように流
れ、その後、出口ボート７．２ｔを通ってＭｓＲの外に
出る。

外部層／１０の内面に対する蒸気の凝縮により集まる湿
分け、外部層／／θの内面を下方へ流ｔ７て復水出口／
、２．２を通りＭＳＨから出るように、点線矢印で示さ
れている。この復水は、湿分分離構造体／、２ＩＩ及び
／、２Ｓによって分離され重力の作用により復水用ロア
２．２からＭＩ３Ｒ外へ下方に流れる湿分と合体する。

再熱器／、！ル及び／、２７は、第３図に示すように加
熱用蒸気人口／３．２と、複数の管／３θと、復水出口
／、？ｌとを有するような適当な形式の再熱器ならどん
なものでもよい。第３図及び第７図に示した再熱器は、
管／３０内を流れている加熱用蒸気からの熱を、管／３
０の外面に沿って再熱器／、２６及び７．２７を上方へ
通過する脱湿蒸気に伝達するように機能する。

外部網ｌ／θ内の湾曲板／／ｇの軸方向長さに沿って蒸
気の流ｊをもつと一様に分布させるために、板／／ｇの
弓状部分と外部層／ｌθの内面との間の距離（第弘図に
示す巾Ｒ）にはＭＳＨの軸方向長さに沿って変化を与え
ることができる。この巾Ｒの変化を使用して、入口ポー
ト／／Ａに最も近い室Ａの軸端と、仕切板／／８に最も
近いその反対側の軸端との間に存在する蒸気圧力の差に
対して補償することができる。

ｒｌ〕Ｒの変化は、入ロボート／／乙に最も近い板／／
Ｉの端で巾Ｒが大きくなるように、板／／１の軸方向長
さに沿って巾を徐々に減少させることによって行なうこ
とができる。

当業者にとって明らかなように、本発明は、通常存在す
る回復不能の圧力降下なしに、脱湿のため蒸気の速度を
局部的に増加しうる装置を提供する。更に、本発明は、
現在使用されているものよりも簡単で少ない費用で製造
しうる構造を使用しながらも、ＭＳＲの軸方向長さに沿
って蒸気流量を均等化することができる。

まな、本発明を特別な実施例について詳細に説明したか
、本発明がそれに限定さ扛ると考えるべきではないし、
そして本発明を説明するのに様々な特定の構成要素及び
構造を使用したが、その他の適当な構成要素及び構造も
本発明の範囲内にあると考えるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の湿分分離器／再熱器の側面断面図、第２
図は第１図に示した湿分分離器／再熱器の正面断面図、
第３図は本発明による湿分分離器／再熱器の側面断面図
、第ｙ図は第３図に示した湿分分離器／再熱器の正面断
面図である０ 図中、７ＩＯは外部層、／／６は入口ボート、１７ｇは
板、Ａは第２の室、Ｂけ第一の室、Ｒは通路の巾である
。 ′１″ｆ許由順人　　　ウェスチングハウス・エレクト
リック・コーポレーション 代理人　曾　我　道　照 茂２図 笥４図 争

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 はぼ円筒形の外部胴と、 蒸気源と、前記外部胴内の第１の室とに流体連通する入
   口ボートと、 タービンと、前記外部胴内の第一の室とに流体連通する
   出口ボートと、 第１及び第一の室の間に配設された板であって、該板の
   一端は所定の曲率半径の外表面を有する弓状部分を形成
   するようになっていて、この外表面が前記外部胴の内面
   から所定距離のところにあって、前記弓状部分と前記内
   面との間に、第１及び第一の室に流体連通をもたらす通
   路をつく９、該通路の巾を前記所定距離で限定する板と
   、 を備え、前記入口ポートが前記通路を介して出口ポート
   に流体連通ずる湿分分離器。