CN102454439A - 汽轮机装置 - Google Patents

Abstract

一种汽轮机装置，具备：使水变化成蒸汽的锅炉(108)；通过来自锅炉的蒸汽驱动的上游侧涡轮(203)；通过来自上游侧涡轮的蒸汽驱动的下游侧涡轮(204)；使从下游侧涡轮排气的蒸汽返回为水的冷凝器(104)；从上游侧涡轮内的比最后级动叶片的入口靠上游的蒸汽中捕集水或湿蒸汽的捕集机构(图9～图13)；以及捕集物流入路径(P)，使由捕集机构捕集的捕集物流入从上游侧涡轮的最后级动叶片的出口到下游侧涡轮的最后级动叶片的入口之间的蒸汽、从冷凝器到锅炉之间的水、或来自上游侧涡轮或下游侧涡轮的抽气口的抽气蒸汽中。

Description

汽轮机装置

技术领域

本发明涉及一种汽轮机装置，例如涉及具备从上游侧涡轮内的蒸汽或来自上游侧涡轮的排气蒸汽中捕集水或湿蒸汽的机构的汽轮机装置。

背景技术

图5是表示利用太阳热的现有汽轮机装置的第一构成例的示意图。对图5的装置中的汽轮机循环进行说明。

载热体118通过载热体泵116被输送到收集太阳热的集热器119。载热体118例如为油。载热体118在集热器119中通过太阳光线117的辐射热加热。之后，载热体118被输送到作为换热器的加热器110，在此对加热对象的水或蒸汽进行加热。载热体118在加热器110中温度降低之后，返回到载热体泵116的上游。如此，载热体118进行循环。

在不能够接收太阳光线117的夜间或者太阳光线117较弱的天气时的昼间，对集热器119进行旁通地使蓄热箱内所贮藏的载热体118循环，但是为此的设备或流动在此未图示。

图5的汽轮机循环成为由高压涡轮101和再热涡轮113构成的1级再热循环，该再热涡轮113包括中压涡轮102和低压涡轮103。

加热器110包括：锅炉108，使给水111变化成蒸汽112；以及再热器109，对朝向再热涡轮113的蒸汽进行加热。给水111通过泵105被输送到作为加热器110的一部分的锅炉108，通过在锅炉108中被加热而变化成高压涡轮入口蒸汽112。

高压涡轮入口蒸汽112流入高压涡轮101，在高压涡轮101内部膨胀，其压力和温度均降低。通过该高压涡轮入口蒸汽112驱动高压涡轮101。在利用太阳热的汽轮机循环中，与利用燃料的燃烧废气的热的汽轮机循环相比较，高压涡轮入口蒸汽112的温度较低的情况较多。因此，高压涡轮排气114不是全部为气体的干蒸汽，而是混合有一部分液体的、即干度小于1的湿蒸汽的情况较多。

在图5中，用符号X表示高压涡轮101的处于最下游的出口(排气口)。高压涡轮排气114在流入作为加热器110的一部分的再热器109而被加热之后，流入中压涡轮102。

中压涡轮入口蒸汽106在中压涡轮102内部膨胀，压力和温度均降低，并流入低压涡轮103。图5的低压涡轮103为双流式，即中压涡轮排气123从低压涡轮103中央流入，向左右流动而从2个出口流出。流入低压涡轮103的蒸汽在低压涡轮103内部膨胀，压力和温度均降低，成为湿蒸汽而流出。如此，与高压涡轮101同样，中压涡轮102和低压涡轮103被驱动。

从低压涡轮103流出的蒸汽即低压涡轮排气115流入冷凝器104。在冷凝器104中，通过冷却水对低压涡轮排气115进行冷却，使其返回为给水111。给水111返回到泵105的上游。如此，给水111及蒸汽112进行循环。另外，冷却水可以使用海水或河水，并可以在冷凝器104中温度上升之后，通过使用大气的冷却塔进行冷却并使其循环。

高压涡轮101、中压涡轮102及低压涡轮103的旋转轴与发电机107连接。高压涡轮101、中压涡轮102及低压涡轮103通过膨胀的蒸汽而旋转，由此旋转轴旋转。通过该旋转轴的旋转，由此在发电机107中进行发电。

在图5中，用符号E表示在高压涡轮101、中压涡轮102及低压涡轮103的中间级所设置的抽气口，从这些抽气口E中的1个以上抽出抽气蒸汽120。在图5中，在冷凝器104和锅炉108之间，构成给水111将抽气蒸汽120作为热源而在给水加热器121中被加热的再生循环(再热再生循环)。图5的循环也可以不是再生循环，但通过成为再生循环而循环效率提高。

另外，抽气蒸汽120在给水加热器121中被冷却而变化成水之后，通过排水泵122与给水111合流。

图6是表示利用太阳热的现有汽轮机装置的第二构成例的示意图。在图6中省略载热体118的流动记载，在之后说明的各图中也同样将其省略。

利用太阳热的再热循环的入口蒸汽，例如为压力110ata、温度380℃那样，在比焓-比熵线图中接近湿区域的情况较多，而高压涡轮排气114成为湿蒸汽的情况较多。在高压涡轮101内，湿蒸汽产生湿气损失，使涡轮内效率降低。此外，由于水滴与高压涡轮101的涡轮叶片的表面碰撞，因此产生侵蚀。

因此，图6的高压涡轮101具备从高压涡轮101内的蒸汽中捕集水或湿蒸汽的捕集机构。此外，图6的汽轮机装置具备使由捕集机构捕集的捕集物201流入冷凝器104的捕集物流入路径P。在图6中，用符号Y表示从高压涡轮101中捕集水或湿蒸汽的捕集部位。捕集物201从捕集部位Y经由捕集物流入路径P流入冷凝器104。

图7是表示利用太阳热的现有汽轮机装置的第三构成例的示意图。对图7的装置中的汽轮机循环进行说明。以与图5所示的构成之间的不同点为中心，对图7所示的构成进行说明。

图5的汽轮机循环是由高压涡轮101和再热涡轮113构成的再热循环，相对于此，图7的汽轮机循环成为由上游侧涡轮203和下游侧涡轮204构成的非再热循环。

在图7中，给水111通过泵105被输送到锅炉108。然后，给水111通过被锅炉108加热，由此变化成上游侧涡轮入口蒸汽112。

上游侧涡轮入口蒸汽112流入上游侧涡轮203，在上游侧涡轮203内部膨胀，其压力和温度都降低。通过该上游侧涡轮入口蒸汽112驱动上游侧涡轮203。在利用太阳热的汽轮机循环中，与利用燃料的燃烧废气的热的汽轮机循环相比较，上游侧涡轮入口蒸汽112的温度较低的情况较多。因此，上游侧涡轮排气123不是全部为气体的干蒸汽，而是混合一部分液体的、即干度小于1的湿蒸汽的情况较多。

在图7中，用符号X表示上游侧涡轮204的处于最下游的出口(排气口)。上游侧涡轮排气123流入下游侧涡轮204。上游侧涡轮排气123在下游侧涡轮204内部膨胀，压力和温度都降低。通过该上游侧涡轮排气123驱动下游侧涡轮204。

从下游侧涡轮204流出的蒸汽即下游侧涡轮排气115流入冷凝器104。在冷凝器104中，通过冷却水对下游侧涡轮排气115进行冷却，使其返回为给水111。给水111返回泵105的上游。如此，给水111及蒸汽112循环。

上游侧涡轮203及下游侧涡轮204的旋转轴与发电机107连接。上游侧涡轮203及下游侧涡轮204通过膨胀的蒸汽而旋转，由此旋转轴旋转。通过该旋转轴的旋转，在发电机107中进行发电。

图8是表示利用太阳热的现有汽轮机装置的第四构成例的示意图。在图8中省略载热体118的流动记载，在此后说明的各图中也同样将其省略。

由于与图6的高压涡轮101的情况相同的理由，图8的上游侧涡轮203具备从上游侧涡轮203内的蒸汽中捕集水或湿蒸汽的捕集机构。并且，图8的汽轮机装置具备捕集物流入路径P，该捕集物流入路径P使由捕集机构捕集的捕集物201流入冷凝器104。在图8中，用符号Y表示从上游侧涡轮203中捕集水或湿蒸汽的捕集部位。捕集物201从捕集部位Y经由捕集物流入路径P流入冷凝器104。

以下，说明图8的汽轮机装置中的捕集机构的第一之第三构成例。

图9是表示捕集机构的第一构成例的示意图。

如图9所示，上游侧涡轮203具备多级动叶片301以及多级静叶片302。并且，在图9中，在蒸汽流路的外周侧的内壁面303上设置有排水收集器304。该排水收集器304是捕集机构的第一构成例。

排水收集器304通过配管(捕集物流入路径P)连结到冷凝器104。冷凝器104内部的压力比上游侧涡轮203内部的压力低，所以存在于内壁面303的水分，成为被捕集物201并被吸出，流入冷凝器104。由此，上游侧涡轮203内的蒸汽流中的水分减少。

图10是表示捕集机构的第二构成例的示意图。

作为用于比第一构成例更积极地进行水分除去的构成，存在带槽动叶片311。在图10中，在流动湿蒸汽的涡轮级的动叶片301(311)的表面上设置有槽305，由此捕获湿蒸汽中的水滴306。所捕获的水滴306，通过进行旋转的动叶片301的表面上的离心力，沿着槽305向动叶片301的外周侧移动。并且，水滴306被甩向内壁面303上所设置的排水收集器304。

排水收集器304通过配管(捕集物流入路径P)连结到冷凝器104。冷凝器104内部的压力比上游侧涡轮203内部的压力低，所以处于排水收集器304内的水分，作为捕集物201被吸出并流入冷凝器104。由此，上游侧涡轮203内的蒸汽流中的水分减少。这些排水收集器304和带槽动叶片311是捕集机构的第二构成例。

图9或图10所示的捕集机构也可以设置于下游侧涡轮204。但是，当将带槽动叶片31应用于下游侧涡轮204的最后级动叶片301时，在其下游没有动叶片301，所以没有效果。因此，带槽动叶片311应用于比下游侧涡轮204的最后级动叶片301更靠上游的动叶片301。

图11～图13是表示捕集机构的第三构成例的示意图。

作为用于比第一构成例更积极地进行水分除去的其他构成，存在带狭缝静叶片312。图11是从包含涡轮旋转轴的截面中观察带狭缝静叶片312的图，图12是从与涡轮旋转轴垂直的截面中观察带狭缝静叶片312的图。此外，图13是对1个带狭缝静叶片312表示与径向垂直的截面的图。

在图11～图13中，在流动湿蒸汽的涡轮级的静叶片302(312)的表面上设置有狭缝孔307。并且，在静叶片312内部设置有空洞308，静叶片312成为中空的叶片。静叶片312的表面与空洞308通过狭缝孔307相连。该带狭缝静叶片312是捕集机构的第三构成例。

空洞308经由狭缝孔307通过配管(捕集物流入路径P)连结到冷凝器104。冷凝器104内部的压力比狭缝孔307附近的压力低，所以在带狭缝静叶片312的表面上流动的水滴306或水膜，成为捕集物201并被吸出，流入冷凝器104。由此，上游侧涡轮203内的蒸汽流中的水分减少。

此外，在静叶片302的表面上流动的水滴306或水膜，以水滴状态从静叶片302的表面剥离而向更下游侧飞散，并与更下游侧的动叶片301碰撞，但是通过带狭缝静叶片312，如此进行冲突的水滴306尤其减少。

图11～图13所示的捕集机构也可以设置于下游侧涡轮204。

另外，无论入口蒸汽的性质如何，下游侧涡轮排气115都被降压到变化成湿蒸汽，所以在利用太阳热的汽轮机循环中，上游侧涡轮排气123和下游侧涡轮排气115为湿蒸汽。

另外，图9～图13所示的捕集机构也可以设置于图6的汽轮机装置的高压涡轮101、中压涡轮102或低压涡轮103。

图14是表示图5或图6所示的现有汽轮机装置的膨胀线的例子的图。图14的纵轴表示比焓、横轴表示比熵。

在图14中，401表示高压涡轮膨胀线，402表示再热涡轮膨胀线，403表示饱和线。中压涡轮102和低压涡轮103是连续的再热涡轮，所以关于这些涡轮的膨胀线成为1条膨胀线。

在图14中，404表示高压涡轮入口点，405表示高压涡轮出口点，406表示再热涡轮入口点(中压涡轮入口点)，407表示再热涡轮出口点(低压涡轮出口点)。

在图14中，在再热器109中将高压涡轮排气114加热到与高压涡轮入口蒸汽112相同的温度。此外，在图14中，蒸汽从高压涡轮入口点404向高压涡轮出口点405变化时或从再热涡轮入口点406向再热涡轮出口点407变化时，超过饱和线403地发生变化。因此，在高压涡轮入口点404或再热涡轮入口点406上蒸汽为干蒸汽，在高压涡轮出口点405或再热涡轮出口点407上蒸汽为湿蒸汽。

在图14中，关于高压涡轮膨胀线401，用R1表示蒸汽为干蒸汽的干区域，用R3表示蒸汽为湿蒸汽的湿区域。在图14中，关于再热涡轮膨胀线402，用R2表示蒸汽为干蒸汽的干区域，用R4表示蒸汽为湿蒸汽的湿区域。

另外，专利文献1至3记载有具备湿分分离器的汽轮机装置的例子。

此外，专利文献4记载有具备动叶片的汽轮机装置的例子，该动叶片被进行了用于通过离心力排出附着的水分的加工。

专利文献1：日本特开2006-242083号公报

专利文献2：日本特开平11-22410号公报

专利文献3：日本特开2004-124751号公报

专利文献4：日本特开平11-159302号公报

在此，参照图8对图6及图8的汽轮机装置的问题进行说明。

在图8中，在上游侧涡轮203中进行了水分除去的情况下，下游侧的全部涡轮的蒸汽流量减少与取出的水分相应的量。因此，设备的发电输出减少，汽轮机循环的性能降低。汽轮机循环性能例如是每单位输入热量的发电输出，该值越大则汽轮机循环性能越好。另外，所谓下游侧的全部涡轮是指上游侧涡轮203中比取出水分的位置更靠下游侧的涡轮级和下游侧涡轮204。

此外，在应用了带狭缝静叶片312的情况下，在从狭缝孔307吸出叶片表面上的水分时，也会吸出湿蒸汽。该湿蒸汽由水和气体状态的蒸汽形成。因此，在上述吸出时，气体状态的蒸汽会被吸出，驱动涡轮的流体会减少。

在图8中，在从捕集机构到冷凝器104的吸出管线(捕集物流入路径P)上设置阀202。并且，在吸出叶片表面上的水分时，通过阀202的开度来调节吸出压力差(在此，是狭缝孔307附近与冷凝器104之间的压力差)，以使伴随蒸汽的吸出量变少。

但是，完全不吸出伴随蒸汽而仅吸出叶片表面上的水分是极其困难的，因此下游侧的全部涡轮的蒸汽流量减少与该伴随蒸汽相应的量。因此，装置的发电输出减少，汽轮机循环的性能降低。伴随蒸汽具有的焓足够高，并且伴随蒸汽不同于水、能够在涡轮中取出焓，但是在图8中，不取出焓地排出到冷凝器104中，所以即使在上游侧涡轮203中发电输出也减少。

此外，从上游侧涡轮203排出的水分在上游侧涡轮203内为足够高温，假设如果不被除去，则会在下游侧涡轮204中取出焓。但是，当从上游侧涡轮203排出的水分被除去时，该水分的充分的显热未被利用而被废弃到冷凝器104中，所以汽轮机循环的性能降低。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种汽轮机装置，在从上游侧涡轮203内的蒸汽或来自上游侧涡轮203的排气蒸汽中进行水分除去的情况下，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低。

本发明一个方式的汽轮机装置例如具备：锅炉，使水变化成蒸汽；上游侧涡轮，具有多级动叶片和多级静叶片，通过来自上述锅炉的蒸汽驱动；下游侧涡轮，具有多级动叶片和多级静叶片，通过来自上述上游侧涡轮的蒸汽驱动；冷凝器，使从上述下游侧涡轮排气的蒸汽返回为水；捕集机构，从上述上游侧涡轮内的比最后级动叶片的入口靠上游的蒸汽中捕集水或湿蒸汽；以及捕集物流入路径，使由上述捕集机构捕集的捕集物流入从上述上游侧涡轮的最后级动叶片的出口到上述下游侧涡轮的最后级动叶片的入口之间的蒸汽、从上述冷凝器到上述锅炉之间的水、或来自上述上游侧涡轮或上述下游侧涡轮的抽气口的抽气蒸汽中。

发明的效果：

根据本发明，能够提供一种汽轮机装置，在从上游侧涡轮203内的蒸汽或来自上游侧涡轮203的排气蒸汽中进行水分除去的情况下，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低。

附图说明

图1是表示第一实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

图2是表示第二实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

图3是表示第三实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

图4是表示第四实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

图5是表示现有汽轮机装置的第一构成例的示意图。

图6是表示现有汽轮机装置的第二构成例的示意图。

图7是表示现有汽轮机装置的第三构成例的示意图。

图8是表示现有汽轮机装置的第四构成例的示意图。

图9是表示捕集机构的第一构成例的示意图。

图10是表示捕集机构的第二构成例的示意图。

图11是表示捕集机构的第三构成例的示意图。

图12是表示捕集机构的第三构成例的示意图。

图13是表示捕集机构的第三构成例的示意图。

图14是表示现有汽轮机装置的膨胀线的例子的图。

图15是表示太阳热发电用及地热发电用汽轮机装置的构成的示意图。

具体实施方式

根据附图对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。以与图7及图8所示的构成之间的不同点为中心，对图1所示的构成进行说明。

在本实施方式的汽轮机装置中，与图7或图8所示的汽轮机装置同样，构成非再热循环，上游侧涡轮203和下游侧涡轮204不经由再热器地串联连接。

此外，本实施方式的上游侧涡轮203与图7或图8所示的上游侧涡轮203同样，具备多级动叶片301和多级静叶片302(参照图9)。同样，本实施方式的下游侧涡轮20具备多级动叶片和多级静叶片。此外，本实施方式的上游侧涡轮203由1个或者相互串联连接的多个涡轮形成。同样，本实施方式的下游侧涡轮204由1个或者相互串联连接的多个涡轮形成。

此外，在本实施方式的上游侧涡轮203中，与图7或图8所示的上游侧涡轮203同样，在其内部流通蒸汽变化成湿蒸汽。因此，在本实施方式的上游侧涡轮203中设置有捕集机构，该捕集机构从上游侧涡轮203内的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽。作为捕集机构的例子，可以举出图9所示的排水收集器304、图10所示的排水收集器304及带槽动叶片311以及图11～图13所示的带狭缝静叶片312等。

另外，在本实施方式中，捕集机构配置在如下位置：从上游侧涡轮203内的比最后级动叶片301的入口靠上游的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽。此外，在本实施方式中，捕集机构配置如下位置：从上游侧涡轮203内的湿区域的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽。这些配置的优点将后述。

来自捕集机构的捕集物201，在捕集机构为排水收集器304的情况或者为排水收集器304及带槽动叶片311的情况下为水分，在捕集机构为带狭缝静叶片312的情况下为水分和伴随蒸汽。

本实施方式的汽轮机装置具备捕集物流入路径P，该捕集物流入路径P使该捕集物201不流入冷凝器104，而流入从上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口到下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间的蒸汽中。具体而言，本实施方式的捕集物流入路径P使捕集物201流入上游侧涡轮203和下游侧涡轮204之间。

其中，在捕集机构为带狭缝静叶片312的情况下，使吸出压力差、即捕集物201的流入部位和作为捕集物201的流出部位(捕集部位X)的狭缝孔307附近之间的压力差，为对于吸出水分来说足够的大小。

另外，在本实施方式中，不使捕集物201本身、而使从捕集物201分离的气体，经由捕集物流入路径P流入上游侧涡轮203和下游侧涡轮204之间。关于该构成将在以下进行详细说明。

在此，对图1所示的气液分离器212进行说明。

在本实施方式中，在捕集物流入路径P上配置有气液分离器212，捕集物201流入气液分离器212。气液分离器212将捕集物201分离为气体211和液体213。气体211为蒸汽，液体213为水。

之后，气体211通过捕集物流入路径P，流入从上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口到下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间的蒸汽中。另一方面，液体213通过分离液体流入路径P_X流入冷凝器104。在本实施方式中，在分离液体流入路径P_X上设置有液体流路阀214。

在本实施方式中，例如将从带狭缝静叶片312捕集的捕集物201导入作为一种气液分离器211的气液分离箱中，通过重力将捕集物201分离为气体211和液体213。

在捕集机构为排水收集器304或排水收集器304及带槽动叶片311的情况下，捕集物201为水分。但是，在使该捕集物201流入气液分离箱内的情况下，由于到气液分离箱为止的压力损失和热移动而一部分捕集物201气化，成为在气液分离箱内存在气体211和液体213的情况。

所分离的气体211及液体213分别流入更低压的部位。作为液体213的水从气液分离箱的底面排出，作为液体213流入冷凝器104。另一方面，作为气体211的蒸汽从气液分离箱的上侧排出，作为气体211流入上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口和下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间。另外，气体211和液体213的分离也可以通过气液分离膜等气液分离箱以外的机构来实现。

在本实施方式中，气液分离器212将捕集物201或捕集物201变化后的物分离为气体211和液体213，捕集物流入路径P使所分离的气体211流入上游侧涡轮203和下游侧涡轮204之间。即，在本实施方式中，从上游侧涡轮203内的比最后级动叶片301的入口靠上游的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽，使除去了水分的蒸汽流入上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口(从上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口到下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间)的蒸汽中，由此能够得到的优良的作用效果为，至少能够减少上游侧涡轮203的最后级动叶片301的湿气损失。

在上游侧涡轮203中设置捕集机构及捕集物流入路径P，并在捕集物流入路径P上配置气液分离器212的情况下，具有使下游侧涡轮204的蒸汽流量的减少变少的优点。在捕集机构为带狭缝静叶片312的情况下，伴随蒸汽的焓不会直接被废弃到冷凝器104中而是被活用，在下游侧涡轮204中成为发电输出的一部分。因此，根据本实施方式，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及涡轮循环性能的降低。

另一方面，从捕集物201分离的液体213，不会被废弃而是返回冷凝器104，在以后的循环中被有效地活用。另外，如果使所分离的液体213，不直接流入冷凝器104，而是首先与在给水加热器121中产生的排水混合，在各给水加热器121中用于加热给水111之后，通过排水泵122合流到给水111中，则能够有效应用所分离的液体213具有的热，能够提高汽轮机循环的效率。在该情况下，也可以代替通过排水泵122使所分离的液体213合流到给水111中的情况，而构成为：在各给水加热器121用于对给水111进行加热之后，使其最终地流入冷凝器104。

另外，在本实施方式中，捕集机构配置在如下位置：从上游侧涡轮203内的比最后级动叶片301的入口靠上游的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽。该配置具有的优点为：上游侧涡轮203内的捕集位置以后的蒸汽的水分含有量减少，捕集位置以后的动叶片301的动作效率提高。

此外，在本实施方式中，捕集机构配置在从上游侧涡轮203内的湿区域的蒸汽中捕集水分或湿蒸汽的位置，但是也可以配置在从上游侧涡轮203内的干区域的蒸汽中捕集水分等的位置。其中，在将捕集机构配置在从湿区域的蒸汽中捕集水分等的位置的情况下，具有能够高效地捕集水分或湿蒸汽的优点。

如上所述，在本实施方式中，使捕集物201不流入冷凝器104，而流入从上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口到下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间的蒸汽中。由此，在从上游侧涡轮203内的蒸汽中进行水分除去的情况下，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低。

此外，在本实施方式中，不使捕集物201本身、而使从捕集物201分离的气体211流入从上游侧涡轮203的最后级动叶片301的出口到下游侧涡轮204的最后级动叶片的入口之间的蒸汽中。由此，能够不使蒸汽及水分、而仅使蒸汽流入下游侧涡轮204。

以下，以与第一实施方式的不同点为中心，对作为第一实施方式的变形例的第二至第十二实施方式进行说明。

(第二实施方式)

图2是表示第二实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

在本实施方式中，气液分离器212将捕集物201或捕集物201变化后的物分离为气体211和液体213，捕集物流入路径P使所分离的气体211流入下游侧涡轮204的入口或中间级。在后者的情况下，气体211流入下游侧涡轮204的入口和最后级动叶片的入口之间。所流入的水分与周围的蒸汽相比较为极少量，因此通过被周围的蒸汽加热而变化成蒸汽，成为驱动下游侧涡轮204的蒸汽的一部分。

在此，对第一实施方式和第二实施方式进行比较。

在第一实施方式中，与第二实施方式相比，使捕集物201流入更上游的流入部位，所以具有能够使汽轮机循环性能更高效化的优点。

另一方面，在第二实施方式中，与第一实施方式相比，使捕集物201流入更下游的流入部位，所以具有的优点为：容易确保捕集物201的流入部位和流出部位之间的压力差，结果容易使捕集物201流入到流入部位。

根据本实施方式，与第一实施方式同样，在从上游侧涡轮203内的蒸汽中进行水分除去的情况下，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低。其中，与第一实施方式相比，本实施方式具有容易确保吸入压力差的优点。

(第三实施方式)

图3是表示第三实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

本实施方式的捕集机构为湿分分离器231，该湿分分离器231从上游侧涡轮排气123中分离水分，并捕集所分离的水分作为捕集物201。在本实施方式中，上游侧涡轮排气123成为湿蒸汽，流入湿分分离器231。通过湿分分离器231从上游侧涡轮排气123中分离的水分、即捕集物201，被向捕集物流入路径P排出。在本实施方式中使用的湿分分离器231可以是任意动作原理的分离器。

在本实施方式中，在上游侧涡轮排气123的湿度非常大的情况下，能够不使上游侧涡轮排气123的全部量流入下游侧涡轮204，而是通过湿分分离器231将该排气123中的大部分水分(捕集物201)除去。在该情况下，使除去了水分的剩余的蒸汽232流入下游侧涡轮204。图3表示使除去了水分的蒸汽232流入下游侧涡轮204的分离蒸汽流入路径P_Y。

在本实施方式中，来自湿分分离器231的捕集物201为水分或者水分及蒸汽。本实施方式的捕集物流入路径P，使这种捕集物201流入从冷凝器104到锅炉108之间的给水111中。其中，为了使捕集物201容易流入到流入部位，而优选流入部位的压力比湿分分离器231附近的压力低，因此本实施方式的捕集物流入路径P使捕集物201流入冷凝器104和凝器泵105之间。

假设将捕集物201废弃到冷凝器104中时，捕集物201被冷却水冷却，所以捕集物201所含有的伴随蒸汽的潜热及显热或者捕集物201所含有的水的显热会浪费。但是，在本实施方式中，由于使捕集物201流入给水111中，所以捕集物201的潜热及显热不会浪费，锅炉108的输入热量减少相应量，汽轮机循环性能的降低减少相应量。

如上所述，根据本实施方式，在从上游侧涡轮203的排气中进行水分除去的情况下，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低。具体而言，根据本实施方式，捕集物201的潜热及显热不会浪费，相应地能够改善汽轮机循环性能。

(第四实施方式)

图4是表示第四实施方式的汽轮机装置的构成的示意图。

与第三实施方式同样，本实施方式的捕集机构为湿分分离器231，该湿分分离器231从上游侧涡轮排气123中分离水分，至少捕集所分离的水分作为捕集物201。在本实施方式中，上游侧涡轮排气123成为湿蒸汽，流入湿分分离器231。

本实施方式的捕集物流入路径P，使捕集物201流入对来自冷凝器104的给水111进行加热的给水加热器223的内部、或者上游侧涡轮203或下游侧涡轮204的抽气口E和给水加热器223之间。在图4中，使捕集物201流入下游侧涡轮204的抽气口E和给水加热器223之间。在图4中，用符号223和符号121来区别流入捕集物201的给水加热器和其他给水加热器。

在图4中，用符号221表示来自下游侧涡轮204的抽气口E的抽气蒸汽。本实施方式的捕集物流入路径P，使捕集物201合流到流动该抽气蒸汽221的抽气流路中。在图4中，用符号222表示捕集物201合流后的抽气蒸汽。该抽气蒸汽222流入给水加热器223，成为给水111的加热源，并在给水111的加热后合流到给水111中。

另外，在本实施方式中，下游侧涡轮204的抽气口E设置在下游侧涡轮204的出口附近。在使捕集物201流入上游侧涡轮203的抽气口E和给水加热器223之间的情况下，上游侧涡轮203的抽气口E利用上游侧涡轮203的出口附近的抽气口。

假设将捕集物201废弃到冷凝器104中时，捕集物201被冷却水冷却，因此捕集物201的潜热及显热会浪费。但是，在本实施方式中，使捕集物201流入抽气蒸汽221中，所以捕集物201的潜热及显热不会浪费，锅炉108的输入热量减少相应量，汽轮机循环性能的降低减少相应量。

此外，在本实施方式中，与使捕集物201直接合流到给水111中的第三实施方式相比，汽轮机循环接近卡诺循环，相应地汽轮机循环性能提高。

如上所述，根据本实施方式，与第三实施方式同样，在从高压涡轮101的排气中进行水分除去时，捕集物201的潜热及显热不会浪费，相应地能够改善汽轮机循环性能。

另外，在本实施方式的给水加热器223中还包括脱气器，该脱气器通过流入抽气蒸汽222而对给水111进行脱气。

(第五实施方式)

图3及图4表示第五实施方式。以下，参照图3来说明第五实施方式。

在本实施方式中，在捕集物流入路径P上设置有使捕集物201的流通停止的开闭阀或者调节捕集物201的流量的压力调节阀即阀202。

在太阳热发电中，在不能够接收太阳光线117的夜间或太阳光线117较弱的天气时的昼间，对集热器119进行旁通地使蓄热箱内所贮藏的载热体118循环。由此，各涡轮的运行状态变化。此外，即使是昼间，根据气候、季节、时刻的不同太阳光线117的状态也不同，因此与其对应，各涡轮的运行状态变化。

因此，根据涡轮的运行状态，有时捕集物201的流出部位的蒸汽不是湿蒸汽。在该情况下，捕集不到捕集物201，所以在捕集物流入路径P中流通干蒸汽。在该情况下，涡轮输出或涡轮循环性能反而降低。此外，在捕集物201的流出部位的蒸汽虽然为湿蒸汽但湿度较小的情况下，也是水分的捕集量较少、蒸汽的捕集量较多，所以涡轮输出或涡轮循环性能降低。

在这些情况下，在本实施方式中，通过将阀202全闭，能够不降低地维持涡轮输出或涡轮循环性能。

此外，在本实施方式中，在捕集机构为带狭缝静叶片312的情况下，能够通过阀202的开度来调节吸出压力差。由此，例如能够减少伴随蒸汽的吸出量。

在本实施方式中，还能够根据涡轮的运行状态的变化来调节压力差。在捕集机构为排水收集器304或者带槽动叶片311及排水收集器304的情况下，当捕集物201的流出部位的蒸汽湿度较小时，除了水分以外还容易流出蒸汽。因此，在该情况下，通过调节阀202的开度而使捕集物201从排水收集器304的流出变慢，由此能够抑制水分以外的蒸汽的流出。

如上所述，根据本实施方式，通过开闭阀或者作为压力调节阀的阀202，能够以优选的方式控制在捕集物流入路径P上流通的捕集物201的流通以及流量。

(第六实施方式)

图1及图2表示第六实施方式。以下，参照图1来说明第六实施方式。

在本实施方式中，在气液分离器212下游的捕集物流入路径P上设置有使气体211的流通停止的开闭阀或者作为调节气体211流量的压力调节阀的阀202。并且，在分离液体流入路径P_X上设置有使液体213的流通停止的开闭阀或者作为调节液体213流量的压力调节阀的液体流路阀214。

在本实施方式中，与涡轮的运行状态相配合，使阀202全闭或进行开度调整，并且使液体流路阀214全闭或进行开度调节。由此，能够得到与第五实施方式同样的效果。在本实施方式中，也可以在从捕集物201的捕集部位Y到气液分离器212为止的捕集物流入路径P上设置开闭阀或压力调节阀。

如上所述，根据本实施方式，通过开闭阀或者作为压力调节阀的阀202及液体流路阀214，能够以优选的方式控制从捕集物201分离的气体211及液体213的流通以及流量。

(第七实施方式)

图9表示第七实施方式。图9的捕集机构能够与第一或第二实施方式组合使用。

在本实施方式中，在上游侧涡轮203的壳体的外周侧的内壁面303上，设置有作为捕集水分的构造的排水收集器304。由此，能够捕集存在于内壁面303的水分。本实施方式具有能够以简单的构造实现捕集机构这种优点。

(第八实施方式)

图10表示第八实施方式。图10的捕集机构能够与第一或第二实施方式组合使用。

在本实施方式中，在上游侧涡轮203的动叶片301的表面上，从内周朝向外周地设置有槽305。并且，在上游侧涡轮203的壳体的外周侧的内壁面303上，设置有排水收集器304。由此，能够通过离心力将由槽305捕获的水分甩向内壁面303，由排水收集器304捕集该水分。本实施方式具有能够比第七实施方式更积极地进行水分除去这种优点。

(第九实施方式)

图11～图13表示第九实施方式。图11～图13的捕集机构能够与第一或第二实施方式组合使用。

在本实施方式中，在上游侧涡轮203的静叶片302的表面上设置有狭缝孔307。并且，在该静叶片302的内部设置有从狭缝孔307向外周侧的空洞308的流路。由此，实现如下构造：对该静叶片302的表面上存在的水分或湿蒸汽进行捕集，使其向上游侧涡轮203外流出。

使用捕集物201的流出部位和流入部位之间的压力差，吸出在静叶片302的表面上存在的水分或湿蒸汽。本实施方式具有能够比第七及第八实施方式更积极地进行水分除去这种优点。

此外，在第八实施方式中，带槽动叶片311的形状不是最适合空气力学的形状，所以汽轮机循环性能降低，相对于此，根据本实施方式的带狭缝静叶片312，能够避免这种性能降低。

另外，在图9～图13中，作为捕集物201的流出部位而表示有冷凝器104，这表示将图9～图13的捕集机构应用于图5～图8之一的汽轮机装置的情况。在将图9～图13的捕集机构应用于第一至第四实施方式之一的情况下，捕集物201的流出部位成为在这些实施方式的说明中所示的部位。

(第十实施方式)

第十实施方式能够与第一至第四实施方式任意一个组合采用。

在第十实施方式中，通过利用太阳热而产生的蒸汽来驱动构成汽轮机装置的汽轮机。在利用太阳热的汽轮机装置中，与利用燃料的燃烧废气的热的汽轮机装置相比较，涡轮入口蒸汽温度较低、涡轮排气成为湿蒸汽的情况较多。

此外，利用太阳热的汽轮机装置为再热循环的情况较多，但是在该情况下，上游侧涡轮入口蒸汽123的温度较低、上游侧涡轮入口蒸汽123成为湿蒸汽的情况较多。

因此，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低这种第一至第四实施方式的效果，在将这些实施方式应用于太阳热发电的情况下有效度较高。

(第十一实施方式)

第十一实施方式能够与第一至第四实施方式任意一个组合采用。

在第十一实施方式中，使构成汽轮机装置的汽轮机为用于地热发电的汽轮机。在地热发电的汽轮机装置中，涡轮入口蒸汽的湿度不为零的情况较多，随着蒸汽向下游前进，湿度进一步提高。

因此，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低这种第一至第四实施方式的效果，在将这些实施方式应用于蒸汽中的水分非常多的地热发电的情况下有效度较高。

图15是表示太阳热发电用及地热发电用的汽轮机装置的构成的示意图。以下，参照图15对这些装置的构成的不同点进行说明。

图15(A)及(B)分别示意地表示太阳热发电用及地热发电用的汽轮机装置的构成。在图15(A)中，来自冷凝器104的水111返回锅炉108而被再利用，相对于此，在图15(B)中，来自冷凝器104的水111不返回锅炉108。即，地热发电用的汽轮机循环成为开放式循环。

图15(B)的汽轮机装置具备分离器321、温水泵325以及冷却塔326。

分离器321是将来自生产井的天然蒸汽322分离为相对干的蒸汽323和热水324的机构。蒸汽323被用于驱动上游侧涡轮203，热水323返回还原井。

温水泵325是用于将来自冷凝器104的温水327输送到冷却塔326的泵。冷却塔326是用于使温水327接触大气而冷却的构造物。通过冷却塔326温水327被冷却为冷水328。冷水328被输送到冷凝器104，用于使蒸汽返回为水。另外，剩余的冷水328作为溢流水329返回到还原井。

另外，对于图15(A)及(B)所示的上游侧涡轮203和冷凝器104之间的构成，能够应用图1～图8所示的任意一种构成。此外，在图15(B)所示的汽轮机装置中，还能够另外设置再热器而构成再热循环。

(第十二实施方式)

第十二实施方式能够与第一至第四实施方式任意一个组合采用。

在第十二实施方式中，使构成汽轮机装置的汽轮机为用于原子力发电的汽轮机。在原子力发电的汽轮机装置中，几乎所有情况下涡轮入口蒸汽的湿度都不为零，随着蒸汽向下游前进，湿度进一步提高。

在汽轮机循环为再热循环的情况下，紧接再热器之后的蒸汽的湿度不为零的情况较多。此外，在再热器以后的汽轮机的较多级中，蒸汽的湿度不为零，随着蒸汽向下游前进，湿度进一步提高。

因此，能够减少伴随水分除去的发电输出的降低及汽轮机循环性能的降低这种第一至第四实施方式的效果，在将这些实施方式应用于蒸汽中的水分非常多的原子力发电的情况下有效度较高。

以上，通过第一至十二实施方式对本发明的具体方式例进行了说明，但是本发明并不限定于这些实施方式。

符号说明：

101：高压涡轮，102：中压涡轮，103：低压涡轮，

104：冷凝器，105：泵，106：中压涡轮入口蒸汽，

107：发电机，108：锅炉，109：再热器，110：加热器，

111：给水，112：高压涡轮入口蒸汽(上游侧涡轮入口蒸汽)，

113：再热涡轮，114：高压涡轮排气，

115：低压涡轮排气(下游侧涡轮排气)，116：载热体泵，

117：太阳光线，118：载热体，119：集热器，120：抽气蒸汽，

121：给水加热器，122：排水泵，

123：中压涡轮排气(上游侧涡轮排气)，

201：捕集物，202：阀，203：上游侧涡轮，204：下游侧涡轮，

211：气体，212：气液分离器，213：液体，214：液体流路阀，

221：抽气蒸汽，222：合流后的抽气蒸汽，223：给水加热器，

231：湿分分离器，232：湿分分离后的蒸汽，

301：动叶片，302：静叶片，303：蒸汽流路外周侧内壁，

304：排水收集器，305：槽，306：水滴，307：狭缝孔，

308：空洞，311：带槽动叶片，312：带狭缝静叶片，

321：分离器，322：天然蒸汽，323：蒸汽，324：热水，

325：温水泵，326：冷却塔，327：温水，328：冷水，

329：溢流水，

401：高压涡轮膨胀线，402：再热涡轮膨胀线，403：饱和线，

404：高压涡轮入口点，405：高压涡轮出口点，

406：再热涡轮入口点，407：再热涡轮出口点，

X：排气口，Y：捕集部位，E：抽气口，

P：捕集物流入路径，P_X：分离液体流入路径，P_Y：分离蒸汽流入路径

Claims (10)

1.一种汽轮机装置，其特征在于，具备：

锅炉，使水变化成蒸汽；

上游侧涡轮，具有多级动叶片和多级静叶片，由来自上述锅炉的蒸汽驱动；

下游侧涡轮，具有多级动叶片和多级静叶片，由来自上述上游侧涡轮的蒸汽驱动；

冷凝器，使从上述下游侧涡轮排气的蒸汽返回为水；

捕集机构，从上述上游侧涡轮内的比最后级动叶片的入口靠上游的蒸汽中捕集水或湿蒸汽；以及

捕集物流入路径，使由上述捕集机构捕集的捕集物流入从上述上游侧涡轮的最后级动叶片的出口到上述下游侧涡轮的最后级动叶片的入口之间的蒸汽、从上述冷凝器到上述锅炉之间的水、或来自上述上游侧涡轮或上述下游侧涡轮的抽气口的抽气蒸汽中。

2.根据权利要求1所述的汽轮机装置，其特征在于，

具备气液分离器，该气液分离器配置在上述捕集物流入路径上，将上述捕集物或上述捕集物变化后的物分离为气体和液体，

上述捕集物流入路径使上述分离的气体流入从上述上游侧涡轮的最后级动叶片的出口到上述下游侧涡轮的最后级动叶片的入口之间的蒸汽中。

3.根据权利要求2所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集物流入路径使上述分离的气体流入：

上述上游侧涡轮和上述下游侧涡轮之间，或

上述下游侧涡轮的入口或中间级。

4.根据权利要求2或3所述的汽轮机装置，其特征在于，

具备使上述分离的液体流入上述冷凝器的分离液体流入路径。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集机构设置于上述上游侧涡轮的外周侧的内壁面、上述上游侧涡轮的上述外周侧的内壁面及动叶片、或上述上游侧涡轮的静叶片。

6.根据权利要求1所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集机构为湿分分离器，该湿分分离器从上述上游侧涡轮所排气的蒸汽中分离水，至少捕集上述分离的水作为上述捕集物，

上述捕集物流入路径使上述捕集物流入从上述冷凝器到上述锅炉之间的水或者来自上述上游侧涡轮或上述下游侧涡轮的抽气口的抽气蒸汽中。

7.根据权利要求6所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集物流入路径使上述捕集物流入：

上述冷凝器和用于将水从上述冷凝器输送到上述锅炉的凝器泵之间，

对来自上述冷凝器的水进行加热的给水加热器的内部，或

上述上游侧涡轮或上述下游侧涡轮的抽气口和上述给水加热器之间。

8.根据权利要求6或7所述的汽轮机装置，其特征在于，

具备分离蒸汽流入路径，该分离蒸汽流入路径使从上述上游侧涡轮排气并通过上述湿分分离器与上述水分离的蒸汽流入上述下游侧涡轮。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集物流入路径具备使上述捕集物的流通停止或调节流量的阀。

10.根据权利要求4所述的汽轮机装置，其特征在于，

上述捕集物流入路径在上述气液分离器的下游具备使上述分离的气体的流通停止或调节流量的阀，

上述分离液体流入路径具备使上述分离的液体的流通停止或调节流量的阀。

Images