CN104806304A - 蒸汽涡轮配管 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽涡轮配管，是蒸汽涡轮设备中的蒸汽涡轮配管。蒸汽涡轮配管(1)具备：将来自锅炉的蒸汽朝蒸汽涡轮引导的蒸汽通路(30a)；以及从蒸汽通路(30a)分支的分支通路(40)。并且，蒸汽涡轮配管(1)具备：夹设于分支通路(40)的断流阀(32)；以及设置于蒸汽通路(30a)与断流阀(32)之间的分支通路(40)的一部分的、分支通路(40)的通路截面被缩小的缩小配管部(31b)。

Description

蒸汽涡轮配管

技术领域

本发明中说明的实施方式涉及蒸汽涡轮配管。

背景技术

在蒸汽涡轮配管系统中，具备将由锅炉产生的蒸汽导入蒸汽涡轮的主蒸汽管。在该主蒸汽管中设置有用于调节蒸汽的流量的主蒸汽调节阀。

在主蒸汽调节阀上设置有将当进行用于使蒸汽涡轮运转的加热时在相比主蒸汽调节阀靠下游侧的主蒸汽管产生的排水排出的排水管。在该排水管中设置有断流阀，通过打开该断流阀，排水被引导至冷凝器。而且，断流阀在加热结束后被关闭。

在上述以往的设置于主蒸汽调节阀的排水管中，若在断流阀被关闭的状态下使负载上升至蒸汽涡轮的额定运转，则存在主蒸汽调节阀与断流阀之间的排水管的温度异常上升的情况。而且，这样的异常的温度上升存在引起排水管的破损的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制主蒸汽调节阀的排水管的温度异常上升的蒸汽涡轮配管。

本发明的蒸汽涡轮配管，是蒸汽涡轮设备中的蒸汽涡轮配管，具备：蒸汽通路，将来自锅炉的蒸汽朝蒸汽涡轮引导；分支通路，从所述蒸汽通路分支；断流阀，夹设于所述分支通路；以及所述分支通路的通路截面被缩小的缩小部，设置于所述蒸汽通路与所述断流阀之间的所述分支通路的一部分。

附图说明

图1是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管的结构的立体图。

图2是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管所具备的主蒸汽截止阀以及主蒸汽调节阀的立体图的图。

图3是示意性地示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的阀座后排水管的配管结构的图。

图4是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及分支通路的截面的图。

图5是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及其他结构的分支通路的截面的图。

图6是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及其他结构的分支通路的截面的图。

图7是示出第2实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及分支通路的截面的图。

图8是示出第3实施方式的蒸汽涡轮配管中的主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及分支通路的截面的图。

图9是示出当在图4所示的第1实施方式的蒸汽涡轮配管中具备热传导部件的情况下的、主蒸汽调节阀的蒸汽通路以及分支通路的截面的图。

图10是用于对通过在第1实施方式的分支通路中具备缩小部而抑制管内压力变动这一情况进行说明的示意图。

图11是用于对通过在第2实施方式的分支通路中具备缩小部而抑制管内压力变动这一情况进行说明的示意图。

图12是基于以图10所示的第1实施方式的分支通路为模型以及以图11所示的第2实施方式的分支通路为模型来示出根据式(21)求出的比率(P2/Pi)与变动频率的关系的图。

图13是示出分支通路的配管表面的温度的评价结果的图。

具体实施方式

在一个实施方式中，蒸汽涡轮设备中的蒸汽涡轮配管具备：将来自锅炉的蒸汽朝蒸汽涡轮引导的蒸汽通路；从上述蒸汽通路分支的分支通路；以及夹设于上述分支通路的断流阀。此外，蒸汽涡轮配管具备设置于上述蒸汽通路与上述断流阀之间的上述分支通路的一部分的、上述分支通路的通路截面被缩小的缩小部。

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1的结构的立体图。图2是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1所具备的主蒸汽截止阀20以及主蒸汽调节阀30的立体图的图。

如图1所示，具备上半侧主蒸汽管11以及下半侧主蒸汽管12，以便能够将来自锅炉(未图示)的蒸汽导入高压涡轮200。这里，示出分别具备2个上半侧主蒸汽管11以及下半侧主蒸汽管12的一个例子。

在上半侧主蒸汽管11以及下半侧主蒸汽管12上，夹设有将朝高压涡轮200引导的蒸汽断流的主蒸汽截止阀20。并且，在该主蒸汽截止阀20的下游侧夹设有调整朝高压涡轮200引导的蒸汽的流量的主蒸汽调节阀30。

在图1中，示出隔着地板部210在上方的地面具备高压涡轮200的上半部侧以及上半侧主蒸汽管11(包括主蒸汽截止阀20以及主蒸汽调节阀30)，在下方的地面具备高压涡轮200的下半部侧以及下半侧主蒸汽管12(包括主蒸汽截止阀20以及主蒸汽调节阀30)的一个例子。

如图1所示，例如，为了实现蒸汽涡轮配管1或蒸汽涡轮建筑物的小型化等，上半侧的主蒸汽调节阀30的下游侧的上半侧主蒸汽管11例如形成为在2个弯管11a之间具有直管11b的复杂的配管结构。另一方面，下半侧的主蒸汽调节阀30下游侧的下半侧主蒸汽管12例如形成为以由水平管形成的结构为主的配管结构。

如图2所示，在主蒸汽截止阀20具备：用于排出阀座的上游侧的排水的阀座前排水管21以及用于排出阀座的下游侧的排水的阀座后排水管22。在主蒸汽调节阀30上具备用于排出阀座的下游侧的排水的阀座后排水管31。

在各排水管上设置有断流阀(未图示)，各排水管的终端例如与冷凝器连通。通过打开各排水管的断流阀，排水被朝冷凝器引导。各排水管的断流阀在高压涡轮200的加热时被打开，例如将在上半侧主蒸汽管11或下半侧主蒸汽管12产生的排水朝冷凝器引导。各排水管的断流阀在加热结束后被关闭。

接下来，对第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中的主蒸汽调节阀30的阀座后排水管31的配管结构进行说明。

图3是示意性地示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中的主蒸汽调节阀30的阀座后排水管31的配管结构的图。此外，在图3中，例示出上半侧的主蒸汽调节阀30的阀座后排水管31的结构而进行说明，但下半侧的主蒸汽调节阀30的阀座后排水管31的结构也是相同的。图4是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及分支通路40的截面的图。此外，在图4中，示出蒸汽通路30a的与流动方向垂直的截面。

如图3以及图4所示，在阀座后排水管31上具备断流阀32。并且，如图4所示，从主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a分支的分支通路40，由与蒸汽通路30a连通的贯通孔30b以及以与该贯通孔30b的外部开口连通的方式设置的阀座后排水管31(阀座后排水管31内的通路)构成。

这样，分支通路40的一部分例如设置于构成蒸汽通路30a的配管的管壁。并且，分支通路40如图4所示例如从蒸汽通路30a的下部与蒸汽的流动方向垂直地、且沿大致水平方向延伸配置。

阀座后排水管31具备：具有与贯通孔30b的通路截面形状相同的通路截面形状的配管部31a；以及通路截面相比配管部31a的通路截面缩小的缩小配管部31b。这样，缩小配管部31b设置于蒸汽通路30a与断流阀32之间的分支通路40的一部分。具体而言，缩小配管部31b设置于相比分支通路40的一端侧(蒸汽通路30a侧)靠另一端侧(断流阀32)的分支通路40的一部分。例如，如图4所示，缩小配管部31b遍及配管部31a与断流阀32之间设置。

该缩小配管部31b作为缩小部发挥功能。这里，示出缩小配管部31b连接在配管部31a的断流阀32侧的端部的中央的一个例子。此外，通路截面是指与流动方向垂直的通路的截面(以下相同)。

这里，当设配管部31a的通路截面积为1的情况下，缩小配管部31b的通路截面积优选为1/25～1/4的程度，以使得即便在排水的流量最大时也能够顺利地流动。并且，分支通路40例如朝下方倾斜0.5～1度的程度，以使得排水朝断流阀32侧流下。上述的大致水平方向除了包含水平方向以外，还包含以该下方倾斜角度延伸配置的方向(以下相同)。

此外，只要分支通路40的至少一部分从蒸汽通路30a的下部与蒸汽的流动方向垂直地、且沿大致水平方向延伸配置即可。因此，更靠下游侧的分支通路40例如也可以朝铅垂下方弯曲。

并且，分支通路40并不限于设置于相对于蒸汽的流动方向垂直的方向。分支通路40只要是相对于蒸汽的流动方向大致垂直的方向即可。该大致垂直的方向除了包含垂直的方向以外，还包括相对于垂直方向倾斜例如±45度的程度的方向(以下相同)。

这样，通过具备缩小配管部31b，能够使蒸汽通路30a与断流阀32之间的阀座后排水管31处的共振振动衰减。由此，即便在断流阀32被关闭之后，也能够抑制阀座后排水管31的异常的温度上升，能够防止阀座后排水管31的破损。

这里，图4中示出了将缩小配管部31b连接在配管部31a的断流阀32侧的端部的中央的一个例子，但是，分支通路40的结构并不限于该结构。图5是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及其他结构的分支通路40的截面的图。此外，在图5中，示出蒸汽通路30a的与流动方向垂直的截面。

例如，也可以将缩小配管部31b连接于配管部31a的断流阀32侧的端部的相比中央靠下方。具体而言，在图5所示的截面中，以使得缩小配管部31b的内壁面的下部与配管部31a的内壁面的下部成为相同平面的方式，将缩小配管部31b连接于配管部31a的断流阀32侧的端部。

通过以这种方式连接缩小配管部31b，能够防止排水在配管部31a与缩小配管部31b的连接部滞留。由此，能够抑制阀座后排水管31的异常的温度上升，并且能够防止分支通路40中的锤击(hammering)等的产生。

并且，在图4中示出了将分支通路40与蒸汽的流动方向垂直地、且沿大致水平方向延伸配置的一个例子，但是，分支通路40的结构并不限于该结构。图6是示出第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及其他结构的分支通路40的截面的图。此外，在图6中，示出蒸汽通路30a的与流动方向垂直的截面。

如图6所示，也可以将分支通路40从蒸汽通路30a的下部朝大致铅垂下方延伸配置。通过以这种方式构成分支通路40，排水借助重力落下，因此排水不会滞留在缩小配管部31b的上游侧。由此，能够抑制阀座后排水管31的异常的温度上升，并且能够防止分支通路40中的锤击等的产生。

这里，在图6所示的结构中，只要使排水借助重力落下而不滞留在缩小配管部31b的上游侧即可。因此，大致铅垂下方除了包含铅垂下方以外，还包含相对于铅垂下方例如倾斜±45度的程度的下方方向。此外，只要分支通路40的至少一部分从蒸汽通路30a的下部朝大致铅垂下方延伸配置即可。因此，更靠下游侧的分支通路40例如也可以朝水平方向弯曲。

(第2实施方式)

图7是示出第2实施方式的蒸汽涡轮配管2中的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及分支通路41的截面的图。此外，在图7中，示出蒸汽通路30a的与流动方向垂直的截面。并且，在以下的实施方式中，对于与第1实施方式的蒸汽涡轮配管1的结构相同的构成部分，标注相同的标号并省略或者简化重复的说明。

在第2实施方式中，阀座后排水管50的结构与第1实施方式的阀座后排水管31的结构不同。因此，这里主要说明其不同的结构。

如图7所示，在阀座后排水管50上具备断流阀32。如图7所示，从主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a分支的分支通路41由与蒸汽通路30a连通的贯通孔30b以及以与该贯通孔30b的外部开口连通的方式设置的阀座后排水管50(阀座后排水管50内的通路)构成。

这样，分支通路41的一部分例如设置于构成蒸汽通路30a的配管的管壁。并且，分支通路41如图7所示例如从蒸汽通路30a的下部与蒸汽的流动方向垂直地、且沿大致水平方向延伸配置。分支通路41的一部分如图7所示例如设置于构成蒸汽通路30a的配管的管壁。此外，分支通路41例如也可以设置于与在蒸汽通路30a中流动的蒸汽的流动方向大致垂直的方向。

阀座后排水管50具备：具有与贯通孔30b的通路截面形状相同的通路截面形状的配管部31a；通路截面相比配管部31a的通路截面缩小的缩小配管部31b；以及通路截面相比缩小配管部31b放大的配管部31c。缩小配管部31b在配管部31a的断流阀32侧设置有规定的长度。而且，在相比缩小配管部31b靠断流阀32侧，直到断流阀32为止设置有配管部31c。

配管部31c的通路截面积只要比缩小配管部31b的通路截面积大即可。当设缩小配管部31b的通路截面积为1的情况下，配管部31c的通路截面积优选为4～25倍的程度，以使得即便在排水的流量最大时也能够顺利地流动。配管部31c的通路截面积只要比缩小配管部31b的通路截面积大即可，例如可以比配管部31a的通路截面积大、或者也可以比其小。并且，也可以使配管部31c的通路截面积与配管部31a的通路截面积相同。

这样，缩小配管部31b设置于蒸汽通路30a与断流阀32之间的分支通路41的一部分。此外，缩小配管部31b作为缩小部发挥功能。这里，示出缩小配管部31b连接在配管部31a的断流阀32侧的端部的中央以及配管部31c的蒸汽通路30a侧的端部的中央的一个例子。

通过以这种方式具备缩小配管部31b，能够使蒸汽通路30a与断流阀32之间的阀座后排水管50中的共振振动衰减。由此，即便在断流阀32被关闭之后，也能够抑制阀座后排水管50的异常的温度上升，能够防止阀座后排水管50的破损。

此外，在第2实施方式中，也与第1实施方式的图5的结构同样，也可以以使得缩小配管部31b的内壁面的下部与配管部31a以及配管部31c的内壁面的下部成为相同平面的方式，将缩小配管部31b连接在配管部31a与配管部31c之间。

并且，在第2实施方式中，也与第1实施方式的图6的结构同样，也可以将分支通路41从蒸汽通路30a的下部朝大致铅垂下方延伸配置。此外，大致铅垂下方的定义如前面所述。

(第3实施方式)

图8是示出第3实施方式的蒸汽涡轮配管3中的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及分支通路42的截面的图。此外，在图8中，示出蒸汽通路30a的与流动方向垂直的截面。

如图8所示，从主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a分支的分支通路42由与蒸汽通路30a连通的贯通孔60以及以与该贯通孔60的外部开口连通的方式设置的阀座后排水管70(阀座后排水管70内的通路)构成。

分支通路42如图8所示例如从蒸汽通路30a的下部与蒸汽的流动方向垂直地、且沿大致水平方向延伸配置。并且，在阀座后排水管70上具备断流阀32。此外，分支通路42例如也可以沿着相对于在蒸汽通路30a中流动的蒸汽的流动方向大致垂直的方向设置。

贯通孔60由设置于构成蒸汽通路30a的配管的管壁的贯通孔30b、和在设置于阀座后排水管70与构成蒸汽通路30a的配管之间的热传导部件90中形成的贯通孔80构成。贯通孔30b的与流动方向垂直的截面的形状例如构成为与贯通孔80的与流动方向垂直的截面的形状相同。即，利用贯通孔30b和贯通孔80构成相同的截面形状的分支通路42的一部分。

热传导部件90的一方的端部例如借助焊接等接合于构成蒸汽通路30a的配管。在热传导部件90的另一方的端部(断流阀32侧的端部)连接有阀座后排水管70。该阀座后排水管70的通路截面相比由贯通孔60形成的通路截面缩小。即，阀座后排水管70构成缩小配管部，作为缩小部发挥功能。

这里，热传导部件90将在相比阀座后排水管70靠蒸汽通路30a侧的分支通路42中产生的热朝构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)传递。因此，热传导部件90例如优选由耐热性优异的材料等构成。此外，热传导部件90例如优选由热传导性比构成蒸汽通路30a的配管(主蒸汽调节阀30)的材料优异的材料等构成。这里，构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)具有吸收经由热传导部件90传导来的热量的足够的热容量。

热传导部件90例如由金属材料等形成。作为形成热传导部件90的金属材料，例如使用铜或碳钢等具有高热导率的金属。

通过以这种方式具备热传导部件90，能够使在相比作为缩小部发挥功能的阀座后排水管70靠蒸汽通路30a侧产生的热逃逸至构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)。即，在第3实施方式的蒸汽涡轮配管3中，能够获得通过设置缩小部而得到的异常的温度上升的抑制效果、和通过具备热传导部件90而得到的使热逃逸的效果这两个方面的效果。

这里，用于使在相比缩小部靠蒸汽通路30a侧产生的热朝构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)逃逸的结构并不限于该结构。图9是示出在图4所示的第1实施方式的蒸汽涡轮配管1中具备热传导部件90的情况下的、主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a以及分支通路40的截面的图。

如图9所示，例如，也可以在配管部31a的周围具备热传导部件90。热传导部件90与配管部31a的周围接触，并且与构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)接触。由此，热传导部件90例如将在相比缩小配管部31b靠蒸汽通路30a侧的配管部31a产生的热朝构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)传递。热传导部件90具有比构成配管部31a的材料高的热导率，例如由铜等金属构成。

并且，作为热传导部件90，例如也可以具备在内部的中空部填充有液体等的二重管构造体。在该情况下，能够使在配管部31a产生的热朝构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)逃逸。

此外，具备上述的热传导部件90的结构也能够应用于使分支通路40从蒸汽通路30a的下部朝大致铅垂下方延伸配置的情况。并且，具备上述的热传导部件90的结构也能够应用于第2实施方式的蒸汽涡轮配管2。在这些的情况下也能够得到与上述的效果同样的效果。

这里，在前面叙述的实施方式中，作为从蒸汽通路分支的分支通路，例示出包含主蒸汽调节阀30的阀座后排水管的通路而进行了说明，但分支通路并不限于此。例如，在从将来自锅炉的蒸汽朝高压涡轮200引导的蒸汽通路分支、且具有断流阀等遮挡部件的分支通路(支管)等中，也可以应用上述结构。在这种情况下，也能够抑制蒸汽通路与遮挡部件之间的分支通路中的共振振动的产生、且能够抑制分支通路的异常的温度上升。

(与实施方式中的分支通路的温度上升的抑制相关的说明)

如上所述，在前面叙述的实施方式中，通过在从主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a分支的分支通路40、41、42中具备通路截面缩小的缩小部，能够抑制分支通路40、41、42异常地温度上升。由此，能够防止分支通路40、41、42的破损。

这里，对通过在分支通路40、41、42中具备缩小部能够抑制分支通路40、41、42的异常的温度上升的理由进行说明。

(1)因管内压力变动而导致的发热(热声效应)的说明

这里，设内径为R的圆筒的管内压力变动的频率为f(Hz)。根据文献1(荒川、川橋，機械学会論文集，62巻598号，B(1996)，p.2238－2245)，使用利用管内压力变动振幅P除以管内平均压力P₀而无量纲化后的式(1)的关系，利用式(2)求出在管壁附近的边界层内通过因压力变动而导致热声效应所产生的热流通量q(W/m²)。

P₁＝P/P₀    …式(1)

$q=K\×{\left(\frac{1}{\mathrm{\γ}}\right)}^2\left(\frac{{\mathrm{\μa}}^2}{\mathrm{\δ}/5}\right){P_1}^2$     …式(2)

这里，P₁为无量纲压力振幅，K为由配管形状决定的常数，γ为比热比，μ为粘性系数，a为音速，δ为边界层的厚度，R为圆筒的内径。

圆筒的内圆周长为πR，因此，圆筒的每单位长度的发热量Q(W/m)能够用式(3)求出。

$Q=K\×{\left(\frac{1}{\mathrm{\γ}}\right)}^2\left(\frac{{\mathrm{\μa}}^2}{\mathrm{\δ}/5}\right){P_1}^2\mathrm{\πR}$     …式(3)

这里，若设角振动频率ω为2πf，则边界层的厚度δ能够用式(4)求出。

$\mathrm{\δ}=5\sqrt{\frac{v}{\mathrm{\ω}}}$     …式(4)

这里，ν为动粘性系数。

即，因管内压力变动而导致的发热(热声效应)如从式(3)所能够看出的那样与无量纲压力振幅的平方成比例。因此可知：通过抑制管内压力变动，能够抑制发热。

(2)关于通过在分支通路中具备缩小部而抑制管内压力变动的情况的说明

接下来，参照图10，对通过在分支通路40、41、42中具备缩小部而抑制管内压力变动的情况进行说明。

图10是用于对通过在第1实施方式的分支通路40中具备缩小部而抑制管内压力变动的情况进行说明的示意图。图10所示的示意图以图4所示的第1实施方式的分支通路40作为模型。此外，假设断流阀32被关闭。

如图10所示，从通路截面积S₀的主蒸汽调节阀30的蒸汽通路30a分支出分支通路40。分支通路40具备配管部31a和缩小配管部31b。此外，这里，为了说明的方便，假设在配管部31a中包含与配管部31a的通路截面相同形状的贯通孔30b。

配管部31a的通路截面积为S₁，配管部31a的长度为L₁。缩小配管部31b的通路截面积为mS₁，缩小配管部31b的长度为L₂。此外，m是比1小的常数。设缩小配管部31b的断流阀32侧的端部的压力变动为P₂。

关于蒸汽的压力变动和速度变动，设从蒸汽通路30a的上游侧流入配管部31a与蒸汽通路30a的连接部的量为Pi、Ui，设从连接部朝蒸汽通路30a的上游侧反射的量为Pr、Ur，设从连接部朝蒸汽通路30a的下游侧流出的量为Pt、Ut，设从配管部31a经由连接部朝蒸汽通路30a流出的量为P₁、U₁。

设蒸汽通路30a的相比连接部靠上游侧的区域为Ⅰ，设蒸汽通路30a的相比连接部靠下游侧的区域为Ⅱ。设区域Ⅰ的蒸汽的压力变动和速度变动为P_Ⅰ、U_Ⅰ，设区域Ⅱ的蒸汽的压力变动和速度变动为P_Ⅱ、U_Ⅱ。

假定蒸汽通路30a中的压力变动为平面行波，若设蒸汽密度为ρ₀、设蒸汽音速为C₀，则U＝P/(ρ₀C₀)成立。因此，得到下面的式(5)～式(8)的关系。

P_I＝Pi+Pr    …式(5)

$S_I{U}_I=S_0(\mathrm{Ui}+\mathrm{Ur})=\frac{S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}(\mathrm{Pi}-\mathrm{Pr})$     …式(6)

P_II＝Pt    …式(7)

$S_{\mathrm{II}}{U}_{\mathrm{II}}=S_0\mathrm{Ut}=\frac{S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}\mathrm{Pt}$     …式(8)

这里，在连接部，上游侧和下游侧的声压相等。并且，关于体积速度，考虑到从配管部31a经由连接部朝蒸汽通路30a流出的量(S₁U₁)，得到下面的式(9)以及式(10)的关系。

$P_I=P_{\mathrm{II}}\⇒\mathrm{Pi}+\mathrm{Pr}=\mathrm{Pt}$     …式(9)

$\begin{array}{c}{S}_I{U}_I=S_{\mathrm{II}}{U}_{\mathrm{II}}+S_1{U}_1=S_{\mathrm{II}}{U}_{\mathrm{II}}+P_{\mathrm{II}}/Z_1\⇒\\ \frac{S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}(\mathrm{Pi}-\mathrm{Pr})=(\frac{S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}+\frac{1}{Z_1})(\mathrm{Pi}+\mathrm{Pr})\end{array}$     …式(10)

这里，Z₁是配管部31a的开口部的包含在配管部31a内的反射的声阻抗(P₁/(S₁U₁))。

根据式(6)，下面的式(11)成立。

$\mathrm{Pi}=-(1+\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1)\mathrm{Pr}$     …式(11)

对于连接部的压力变动P₁，根据P₁＝P_Ⅰ＝(Pi+Pr)的关系，用式(12)表示。

$P_1=\frac{\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}{1+\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}\mathrm{Pi}$     …式(12)

而且，在图10所示的配管结构中，在具备配管部31a和缩小配管部31b的分支通路40中，下面的式(13)成立。

$\left(\begin{array}{c}{P}_1\\ S_1{U}_1\end{array}\right)=\left[\begin{array}{cc}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1& \frac{Z_1}{S_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1\\ \frac{S_1}{z_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1& \cosh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cosh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2& \frac{z_2}{m{S}_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2\\ \frac{m{S}_1}{z_2}\sinh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2& \cosh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{P}_2\\ 0\end{array}\right)$     …式(13)

根据文献2(市川、高山，機械学会論文集，39巻325号，(1973)，p.2807－2815)，传播常数γi(i＝1，2，3)用对配管部31a内的流动的粘性摩擦进行近似的下面的式(14)、式(15)近似。

${\mathrm{\γ}}_1=\frac{\mathrm{j\ω}}{c_0}(1-\frac{1}{r_1/2\sqrt{\mathrm{j\ω}/v}})$     …式(14)

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{\mathrm{j\ω}}{c_0}(1-\frac{1}{r_2/2\sqrt{\mathrm{j\ω}/v}})$     …式(15)

这里，j为虚数单位，ω为角频率。

并且，特性阻抗Zi(i＝1，2，3)用下面的式(16)、式(17)近似。

$z_1={\mathrm{\ρ}}_0{c}_0(1-\frac{1}{r_1/2\sqrt{\mathrm{j\ω}/v}})$     …式(16)

$z_2={\mathrm{\ρ}}_0{c}_0(1-\frac{1}{r_2/2\sqrt{\mathrm{j\ω}/v}})$     …式(17)

而且，传递矩阵T按照下面的式(18)这样定义。

$T=\left[\begin{array}{cc}{t}_{11}& t_{12}\\ t_{21}& t_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cosh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1& \frac{Z_1}{S_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1\\ \frac{S_1}{z_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1& \cosh {\mathrm{\γ}}_1{L}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}\cosh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2& \frac{z_2}{m{S}_1}\sinh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2\\ \frac{m{S}_1}{z_2}\sinh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2& \cosh {\mathrm{\γ}}_2{L}_2\end{array}\right]$     …式(18)

并且，根据式(13)，得到Z₁＝t₁₁/t₂₁。T的逆矩阵T’用下面的式(19)表示。

$T^{\′}=\left[\begin{array}{cc}{t^{\′}}_{11}& {t^{\′}}_{12}\\ {t^{\′}}_{21}& {t^{\′}}_{22}\end{array}\right]$     …式(19)

而且，得到下面的式(20)的关系。

$\left(\begin{array}{c}{P}_2\\ 0\end{array}\right)=T^{\′}\left(\begin{array}{c}{P}_1\\ S_1{U}_1\end{array}\right)=\left[\begin{array}{cc}{t^{\′}}_{11}& {t^{\′}}_{12}\\ {t^{\′}}_{21}& {t^{\′}}_{22}\end{array}\right]P_1=\left[\begin{array}{cc}{t^{\′}}_{11}& {t^{\′}}_{12}\\ {t^{\′}}_{21}& {t^{\′}}_{22}\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}1\\ 1/Z_1\end{array}\right)\frac{\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}{1+\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}\mathrm{Pi}$     …式(20)

根据该式(20)，连接部上游侧的蒸汽通路30a的压力变动Pi与缩小配管部31b的断流阀32侧的端部的压力变动P₂之比率(P₂/Pi)作为下面的式(21)求出。

$\frac{P_2}{\mathrm{Pi}}=({t^{\′}}_{11}+\frac{{t^{\′}}_{12}}{Z_1})\frac{\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}{1+\frac{2S_0}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}_0}{Z}_1}$     …式(21)

此外，这里，如图10所示，以图4所示的第1实施方式的分支通路40作为模型求出了上述式(21)。另一方面，以图8所示的第3实施方式的分支通路42作为模型也与上述同样能够求出比率(P₂/Pi)。

并且，以图7所示的第2实施方式的分支通路41作为模型也与上述同样能够求出比率(P₂/Pi)。图11是用于对通过在第2实施方式的分支通路41中具备缩小部而抑制管内压力变动的情况进行说明的示意图。在图11中，对于与图10所示的标号相同的标号，赋予与图10所示的标号相同的定义。

在图11中，设置于缩小配管部31b与断流阀32之间的配管部31c的通路截面积比缩小配管部31b的通路截面积大。配管部31c的通路截面积用nmS1表示。此外，n是比1大的常数。并且，配管部31c的长度为L₃。在具有配管部31c的图11中的结构中，比率(P₂/Pi)也用式(21)求出。

图12是基于以图10所示的第1实施方式的分支通路40为模型以及以图11所示的第2实施方式的分支通路41为模型示出根据式(21)求出的比率(P₂/Pi)与变动频率之间的关系的图。并且，在图12中，作为比较例，也示出不具有缩小配管部31b的情况。此外，纵轴所示的比率(P₂/Pi)是用P₂的绝对值除以Pi的绝对值而得的。

作为蒸汽条件，设温度为350℃、压力为5MPa、密度ρ₀为19.2kg/m³、音速C₀为578m/s、动粘性系数ν为1.1×10^－6m²/s。

对于作为实施例1使用的、图10所示的模型的配管形状，设蒸汽通路30a的通路截面积S₀为0.051m²(相当于内径0.254m)。设配管部31a的通路截面积S₁为0.0016m²(相当于内径0.045m)，设长度L₁为0.5m，设缩小配管部31b的长度L₂为4.5m。设m为1/9。

在作为实施例2使用的、图11所示的模型的配管形状中，设蒸汽通路30a的通路截面积S₀为0.051m²(相当于内径0.254m)。设配管部31a的通路截面积S₁为0.0016m²(相当于内径0.045m)，设配管部31a的长度L₁为0.5m。设缩小配管部31b的长度L₂为0.5m，设配管部31a的长度L₃为4m。设m为1/9，设n为4。

在作为比较例使用的、不具有缩小配管部31b的分支通路的配管形状中，设通路截面积恒定为0.0016m²(相当于内径0.045m)，设长度为5m。此外，在该比较例的配管形状中，若以上述的蒸汽条件进行使用，则会产生分支通路的异常的温度上升，配管破损。

如图12所示，在比较例中，在29Hz和87Hz时，比率(P₂/Pi)极大化。极大化频率是由至断流阀32为止的分支通路的全长(以下称为分支通路全长)和音速C₀决定的驻波频率。在内径一样的配管中，在一端被封闭另一端敞开的条件下，设用音速除以分支通路全长的4倍而得的值为基本频率，该奇数倍的频率成为驻波频率。

用音速C₀(578m/s)除以分支通路全长(5m)的4倍亦即20m而得的值、即大约29Hz为基本频率。在比较例中，该基本频率的奇数倍成为驻波频率，可知其与图12所示的极大化频率一致。并且，比率(P₂/Pi)在与基本频率相当的29Hz时最大。在比较例中，与实施例1以及实施例2相比，基本驻波的管内压力变动最大。

这里，对于因热声效应而导致的发热，公知因基本驻波而导致的发热最大。这在前面叙述的文献1或文献3(Sprenger,H.,“On thermal effects inresonance tubes”,NTRS，1964)中作为哈脱曼管(Haltman tube)的特征示出。

在实施例1中，如图12所示，比率(P₂/Pi)的极大化频率为31.9Hz和95.4Hz。比率(P₂/Pi)的最大值被抑制在比较例的最大值的1/10的程度。根据式(3)可知：因热声效应而导致的发热与压力变动的平方成比例。因此，若压力变动被抑制为1/10，则发热成为1/100，从而得到足够的发热抑制效果。

在实施例2中，如图12所示，比率(P₂/Pi)的极大化频率为24.1Hz和82.3Hz。比率(P₂/Pi)的最大值被抑制在比较例的最大值的1/5的程度。根据式(3)可知：因热声效应而导致的发热与压力变动的平方成比例。因此，若压力变动被抑制为1/5，则发热成为1/25，从而得到足够的发热抑制效果。

这里，虽然也与配管部31a的保温条件有关，但通常若发热为1/9～1/10的程度，则认为过热破损被避免。因此，对于压力变动的抑制，认为若为产生破损的比较例的压力变动的1/3以下则足够。由此，为了防止因异常的温度上升而导致的配管的破损，以使得根据前面叙述的式(21)得到的压力变动的比率(P₂/Pi)例如为1/3以下的方式决定分支通路的样式即可。

(3)关于通过在分支通路中具备缩小部而抑制异常的温度上升这一情况的评价

这里，对具备缩小部的情况下和不具备缩小部的情况下的、分支通路的配管表面的温度变化进行评价。图13是示出分支通路的配管表面的温度变化的评价结果的图。图13的纵轴示出从喷流的初始温度起的温度变化量(ΔT)。例如，与“ΔT＝0”相比，上侧意味着温度上升，下侧意味着温度降低。

此外，在图13中，与温度变化的评价结果一并示出在本评价中使用的分支通路的示意图。分支通路的一端为开口部，另一端为封闭端部。

在具备缩小部的配管中，至距开口部(相当于连接部)0.5m的长度为止，使内径为30mm，在其下游侧(封闭端侧)，使内径为10mm。该内径小的部分是缩小部。设配管的整体的长度为2m。

在不具备缩小部的配管中，从开口部(相当于连接部)至封闭端部为止，使内径为30mm。设配管的整体的长度为2m。在具备缩小部的情况下和不具备缩小部的情况下，设朝开口部喷出的喷流的温度相同。

如图13所示，在不具备缩小部的配管中，随着从开口部趋向封闭端部，温度上升变大，在封闭端部温度上升最大。

另一方面，在具备缩小部的配管中，在缩小部观察不到温度上升，过热被防止。然而，在从开口部至缩小部为止的部分，温度上升变大。认为这是由于如下的原因。在设置有缩小部的情况下的封闭端部，如式(21)所示，能够抑制压力变动而防止因热声效应所导致的过热。与此相对，在从开口部至缩小部为止的部分，缩小部处的压力反射返回开口部侧，压力变动变大，产生因热声效应而导致的发热。

这里，即便在从开口部至缩小部为止的部分温度上升变大的情况下，通过以使得根据前面叙述的式(21)得到的压力变动的比率(P₂/Pi)为例如1/3以下的方式决定分支通路的样式，异常的温度上升被抑制。

并且，通过具备第3实施方式中的热传导部件90，能够使在从开口部至缩小部为止的部分产生的热逃逸至构成蒸汽通路的配管(主蒸汽调节阀30)。

根据以上说明了的实施方式，能够防止在蒸汽涡轮配管系统中温度的异常上升，能够提供可靠性高的蒸汽涡轮配管。

虽然对确定的实施方式进行了说明，但应当理解为上述实施方式均只是示例，而并非意图限制本发明的范围。实际上，此处所说明了的新型的实施方式能够以各种各样的形式实施；此外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行此处说明了的实施方式的形式上的各种省略、置换以及改变。所附的权利要求及其等同物意图覆盖落入本发明的范围和思想的形式或改进。

Claims (7)

1.一种蒸汽涡轮配管，是蒸汽涡轮设备中的蒸汽涡轮配管，具备：

蒸汽通路，将来自锅炉的蒸汽朝蒸汽涡轮引导；

分支通路，从所述蒸汽通路分支；

断流阀，夹设于所述分支通路；以及

所述分支通路的通路截面被缩小的缩小部，设置于所述蒸汽通路与所述断流阀之间的所述分支通路的一部分。

2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

所述缩小部从所述分支通路的规定位置一直设置到所述断流阀。

3.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

所述缩小部从所述分支通路的规定位置起朝所述断流阀侧设置有规定长度，比所述缩小部靠所述断流阀侧的所述分支通路的通路截面，相比所述缩小部的所述分支通路的通路截面扩大。

4.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

所述分支通路的一部分设置于构成所述蒸汽通路的配管的管壁。

5.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

比所述缩小部靠所述蒸汽通路侧的所述分支通路的一部分由热传导部件形成，所述热传导部件将在比所述缩小部靠所述蒸汽通路侧产生的热朝所述蒸汽通路侧传递。

6.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

所述分支通路的至少一部分从所述蒸汽通路的下部与蒸汽的流动方向大致垂直地、且沿大致水平方向延伸配置。

7.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮配管，其中，

所述分支通路的至少一部分从所述蒸汽通路的下部朝大致铅垂下方延伸配置。