JP2000027601A - 発電装置の蒸気タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的圧力の低い蒸気でも十分大きな駆動
力を得ることが可能であると共に、構造が簡単で製作コ
ストを安くすることができ、小容量型発電機用のタービ
ンとしてきわめて好適な蒸気タービンを提供する。 【解決手段】 駆動軸１の周囲に複数の独立した円胴
５，６を夫々密封状に軸方向複数段に連設すると共に、
各円胴５，６内に駆動軸１と同軸一体に回転する円板１
３を配置し、各円板１３の一側面に複数の駆動羽根１４
を渦巻状に配設し、円胴５，６内に蒸気が駆動羽根１４
の略外周接線方向から導入される蒸気導入口１５を各円
胴５，６の外周壁に設けると共に、駆動羽根１４に旋回
力を与えた使用済みの蒸気が軸方向に排出される蒸気排
出口１６を各円胴５，６の側壁部に設けてなること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種産業の生産に
必要な電力を自給するようにした発電装置の蒸気タービ
ンに関するもので、例えば、廃棄物の焼却によって生じ
る燃焼排ガスを利用して蒸気を起蒸し、その蒸気によっ
て駆動軸を回転し、発電機を駆動して電力を発生させ、
自己消費電力を賄うようにした省エネルギー及び地球温
暖化防止に寄与しうる発電装置の蒸気タービン、特に発
電容量の比較的小さい小型の蒸気タービンに関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来より発電機の駆動源と
して、蒸気タービン、ガスタービン、水力タービン、内
燃機関エンジン等が知られている。しかし、各種工場に
おいては殆ど電力会社からの買電により操業を行ってい
るが、特に廃棄物焼却処理工場においては、立地上、山
間僻地に位置し、買電コストが高くつき、またエンジン
駆動によって発電を起こすと、非常にコスト高となって
いる。

【０００３】また、廃棄物焼却処理工場において、燃焼
排ガスは、ダイオキシン削減のため８００℃と高温にす
る必要があって、この高温ガスをそのまま大気へ放出す
ることができないため、その冷却手段として廃熱ボイラ
ーの設備が必要となる。しかしながら、廃棄物焼却処理
工場ではその蒸気を有効に利用する生産処理設備がな
く、工場の合理化を促進できないという悩みがある。

【０００４】また、蒸気タービンの技術は、電力会社等
の大容量のものについては研究開発が進み、新たに改良
されたものが実用化されているが、一工場の生産工程を
対象とした小容量の蒸気タービンは、実用化が殆ど進ん
でいないのが現状である。例えば、発電容量５０〜１０
００ｋｗ程度の蒸気タービンの実績は少なく、且つその
製造コストが非常に高く、実用化が困難な状況にある。

【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑み、蒸気のエ
ネルギーを有効に活用させることができて、廃棄物焼却
処理工場の排ガス利用により得られる比較的圧力の低い
蒸気でも十分大きな駆動力を得ることが可能であると共
に、構造が簡単で製作コストを安くすることができて、
小容量型発電機用のタービンとしてきわめて好適な蒸気
タービンを提供し、もってエネルギーの有効利用と省エ
ネルギー化、更に地球温暖化防止に貢献せんとしたもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の発
電装置の蒸気タービンは、駆動軸１の周囲に円胴を密封
状に設けると共に、この円胴内に駆動軸１と同軸一体に
回転する円板１３を配置し、この円板１３の一側面に複
数の駆動羽根１４を渦巻状に配設し、前記円胴内に蒸気
が駆動羽根１４の外周接線方向から導入される蒸気導入
口１５を円胴の外周壁部に設けると共に、駆動羽根１４
に旋回力を与えた使用済みの蒸気が軸方向に排出される
蒸気排出口１６を前記円胴の側壁部に設けてなることを
特徴とする。

【０００７】請求項２に係る発明の発電装置の蒸気ター
ビンは、図１及び図２に示すように、駆動軸１の周囲に
複数の独立した円胴５，６を夫々密封状に軸方向複数段
に連設すると共に、各円胴５，６内に駆動軸１と同軸一
体に回転する円板１３を配置し、各円板１３の一側面に
複数の駆動羽根１４を渦巻状に配設し、円胴５，６内に
蒸気が駆動羽根１４の略外周接線方向から導入される蒸
気導入口１５を各円胴５，６の外周壁に設けると共に、
駆動羽根１４に旋回力を与えた使用済みの蒸気が軸方向
に排出される蒸気排出口１６を各円胴５，６の側壁部に
設けてなることを特徴とする。

【０００８】請求項３は、請求項１又は２に記載の発電
装置の蒸気タービンにおいて、駆動軸１が貫通する円胴
の貫通箇所にパッキン箱１８を設け、このパッキン箱１
８内には駆動軸１に外嵌するリング状のパッキン１９を
複数個配設すると共に、これらパッキン１９の中間部に
空隙部２０を形成し、この空隙部２０に冷却水を注入す
るようにしたことを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る２段型蒸気タ
ービンの縦断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であ
る。これらの図において、１は駆動軸で、この駆動軸１
の両端部は、台枠２に設けてある軸受３，４によって回
転自在に支承されている。駆動軸１の周囲には、第１円
胴５と第２円胴６との２つの円胴が、駆動軸１の長手方
向中央部側に配置された仕切板７を挟んで軸方向２段に
連設されている。尚、駆動軸１の一端部がフランジｆを
介して発電機の回転軸（図示せず）に連結される。

【００１０】第１及び第２の２つの円胴５，６は、台枠
２に保持固定された円筒部材８と、この円筒部材８の内
周面の軸方向中央部に外周縁部が固着された二重リング
状の仕切板７と、円筒部材８の外周面両端部に溶接され
た接合用リング９，１０と、円筒部材８の両端に配置さ
れて、前記接合用リング９，１０に夫々パッキン（図示
せず）を介してボルト接合された両側一対のリング状側
壁板１１，１２とからなるもので、円筒部材８と仕切板
７と一方の側壁板１１とによって密封状の第１円胴５が
形成され、円筒部材８と仕切板７と他方の側壁板１２と
によって密封状の第２円胴６が形成され、これら両円胴
５，６は、仕切板７を挟んでその両側に左右対称状に形
成されている。

【００１１】駆動軸１の長手方向中央部には円板取付用
の筒体１ａが同軸一体に嵌着され、この筒体１ａに仕切
板７が約１ｍｍ程度の間隙をもって挿通された状態にあ
って、筒体１ａの外周面と仕切板７の内周面との間隙
は、熱膨張及び蒸気の洩れ防止を考慮して約１ｍｍとさ
れる。また、筒体１ａには羽根取付用の円板１３，１３
が仕切板７を両側から挟むように同軸一体に取り付けら
れて、両円胴５，６内に夫々配置されている。各円板１
３と仕切板７との対向面間の間隙、及び各円板１３と円
筒部材８の内周面との間隙も、熱膨張及び蒸気の洩れ防
止を考慮して夫々約１ｍｍとされる。

【００１２】各円板９の内側面には、図２から分かるよ
うに、複数の駆動羽根１４…が渦巻状に配設されてい
る。各円胴５，６には、蒸気が図２の矢印ａで示すよう
な駆動羽根１４の外周接線方向から導入される蒸気導入
口１５が円筒部材８に設けられると共に、駆動羽根１４
に旋回力を与えた使用済みの蒸気が図１の矢印ｂで示す
ような軸方向に排出される蒸気排出口１６が各側壁板１
１，１２に設けられている。図示は省略するが、各蒸気
導入口１５及び排出口１６には蒸気導入管及び蒸気排出
管が夫々接続配管される。

【００１３】また、各円胴５，６内には側壁板１１，１
２側に、駆動羽根１４…に隣接して円板１３との間に環
状通路を形成するような断面外向きコ字状の環状部材１
７が配設され、この環状部材１７の内周部には前記蒸気
排出口１６に通じる開口部１７ａが設けられている。

【００１４】また、図１に示すように、駆動軸１が貫通
する各円胴５，６の側壁板１１，１２側にはパッキン箱
１８が設けられている。各パッキン箱１８の内部は、図
３に示すように、駆動軸１に外嵌するリング状のパッキ
ン１９…が複数個配設されて軸封されることによって、
蒸気の洩れを防止できるようになっている共に、これら
パッキン１９…の中間部に空隙部２０が形成されてい
て、この空隙部２０に冷却水を注入することによって、
駆動軸１の冷却が行えるようになっている。このような
パッキン箱１８により、駆動軸１を通して発電機の回転
軸に伝達する熱量を極力少なくして、発電機の絶縁劣化
防止を図ることができる。尚、各パッキン箱１８には冷
却水の供給口２１と排出口２２が設けられ、これら供給
口２１及び排出口２２には、図示は省略するが、給水管
及び排水管が夫々接続される。

【００１５】以上説明したような構成を有する蒸気ター
ビンの使用において、この蒸気タービンに連動連結され
た発電機（図示せず）が無負荷状態にある時は、そのロ
ーターを回すのに必要最小のトルクを与えればよいか
ら、第１円胴５内にのみ蒸気をその蒸気導入口１５より
導入し、第２円胴６には蒸気を導入しないでおく。尚、
この蒸気は、廃棄物焼却処理工場の排ガス利用により得
られる例えば７〜１５kg/cm²程度の蒸気とする。

【００１６】しかして、図２に示すように蒸気導入口１
５より第１円胴５内に導入された蒸気は、各駆動羽根１
４に吹き付けられ、この蒸気の運動エネルギーにより駆
動羽根１４に旋回力を与えて、駆動軸１を回転させ、こ
の駆動軸１の回転によって発電機を回転させる。なお、
駆動羽根１４は前記蒸気の圧力と必要駆動トルクとによ
ってその受圧幅（即ち羽根１４の突出幅）を１０〜３０
ｍｍの範囲で適当に選定すればよい。駆動羽根１４に旋
回力を与えて仕事をした蒸気は、駆動羽根１４の内周側
から第１円胴５の中心部を抜け、更に環状部材１７内周
部の開口部１７ａを通って、蒸気排出口１６から排出さ
れる。

【００１７】この際、蒸気は、蒸気導入口１５により駆
動羽根１４の外周接線方向から渦巻状の駆動羽根１４に
吹き付けられて、蒸気排出口１６により軸方向から排出
されるから、円胴５内で蒸気の運動エネルギーをきわめ
て有効に活用させることができて、比較的低い蒸気圧で
十分大きな回転駆動力を得ることができ、例えば７kg/c
m²程度の蒸気圧でも所要の駆動力が得られる。

【００１８】上記のように第１円胴５内に蒸気が導入さ
れることにより、駆動軸１が回転して発電機を回してい
くうちに、励磁電流の発生により発電負荷がかかって、
駆動軸１の駆動トルクが増大し始めた時、第２円胴６の
蒸気導入口１５より蒸気を導入して、その蒸気の運動エ
ネルギーにより駆動羽根１４に旋回力を与える。このと
き、第１円胴５内への蒸気の導入は継続させる。要する
に、発電負荷がかかった時には、第１円胴５及び第２円
胴６内に夫々蒸気を導入して両円胴５，６内の双方の駆
動羽根１４に同時に旋回力を与えるようにする。

【００１９】この蒸気タービンの使用にあたり、第１円
胴５内への蒸気の導入量は必要最小のトルクを付与する
に足る略一定量とし、第２円胴６内への蒸気の導入量を
発電負荷の変動に応じて自動調整するようにすることに
よって、発電機の回転数を一定に維持することができ、
ランニングコストの低減と発生電気の品質を良好に保つ
ことができる。

【００２０】もちろん、この蒸気タービンの使用にあっ
ては、使用開始時から、第１及び第２の両円胴５，６内
に夫々蒸気を導入して、両円胴５，６内の駆動羽根１４
に同時に旋回力を与えるようにしてもよいわけで、この
場合にはより大きな駆動力が得られる。

【００２１】また、この実施形態では、駆動軸１の周囲
に、第１円胴５と第２円胴６との２つの円胴を、仕切板
７を挟んで軸方向２段に連設した２段型蒸気タービン
（請求項２に係る発明に含まれる）について説明した
が、本発明の蒸気タービンとしては、駆動軸１の周囲に
１つの円胴を設けた１段型蒸気タービン（請求項１に係
る発明）、あるいは駆動軸１の周囲に前記同様な仕切板
７を２つ以上介在させて３つ以上の円胴を軸方向複数段
に連設した多段型蒸気タービン（請求項２に係る発明）
でもよい。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、蒸気導入
口により駆動羽根の外周接線方向から渦巻状の駆動羽根
に吹き付けられて、蒸気排出口により軸方向から排出さ
れるようになっているから、円胴内で蒸気の運動エネル
ギーを有効に活用させることができて、例えば廃棄物焼
却処理工場の排ガス利用により得られる比較的圧力の低
い蒸気でも十分大きな駆動力を得ることが可能となり、
しかもタービンの構造が簡単で製作コストを安くするこ
とができ、従って小容量型発電機用のタービンとしてき
わめて好適となる。従ってまた、この発明の蒸気タービ
ンによれば、廃棄物焼却処理工場の排ガス利用により得
られる蒸気を使用できることから、エネルギーの有効利
用及び省エネルギー化、更には地球温暖化防止に大きく
貢献できるものである。

【００２３】請求項２に係る発明のように、駆動軸の周
囲に夫々独立した２つ以上の円胴を軸方向複数段に連設
した多段型蒸気タービンとすれば、より大きな回転駆動
力を発生させることができる。また、この多段型蒸気タ
ービンにおいて、１段目を発電機の無負荷時における所
要のトルクを与えるものとし、２段目以降は発電によっ
て生ずる駆動トルクの増大に対応した所要のトルクを与
えるものとして使用することができる。また、この場合
に、１段目円胴内への蒸気の導入量は必要なトルクを付
与するに足る略一定量とし、２段目以降の胴内への蒸気
の導入量を発電負荷の変動に応じて自動調整するように
すれば、発電機の回転数を一定に維持することができ、
ランニングコストの低減と発生電気の品質を良好に保つ
ことができる。

【００２４】請求項３に係る発明によれば、駆動軸を通
して発電機の回転軸に伝達する熱量を極力少なくして、
発電機の絶縁劣化防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る蒸気タービンの縦断面図であ
る。

【図２】 図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】 パッキン箱の拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動軸 ５，６ 円胴 ７ 仕切板 １３ 円板 １４ 駆動羽根 １５ 蒸気導入口 １６ 蒸気排出口 １８ パッキン箱 １９ パッキン ２０ 空隙部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動軸の周囲に円胴を密封状に設けると
   共に、この円胴内に駆動軸と同軸一体に回転する円板を
   配置し、この円板の一側面に複数の駆動羽根を渦巻状に
   配設し、前記円胴内に蒸気が駆動羽根の外周接線方向か
   ら導入される蒸気導入口を円胴の外周壁部に設けると共
   に、駆動羽根に旋回力を与えた使用済みの蒸気が軸方向
   に排出される蒸気排出口を前記円胴の側壁部に設けてな
   ることを特徴とする発電装置の蒸気タービン。
2. 【請求項２】 駆動軸の周囲に複数の独立した円胴を夫
   々密封状に軸方向複数段に連設すると共に、各円胴内に
   駆動軸と同軸一体に回転する円板を配置し、各円板の一
   側面に複数の駆動羽根を渦巻状に配設し、円胴内に蒸気
   が駆動羽根の略外周接線方向から導入される蒸気導入口
   を各円胴の外周壁に設けると共に、駆動羽根に旋回力を
   与えた使用済みの蒸気が軸方向に排出される蒸気排出口
   を各円胴の側壁部に設けてなることを特徴とする発電装
   置の蒸気タービン。
3. 【請求項３】 駆動軸が貫通する円胴の貫通箇所にパッ
   キン箱を設け、このパッキン箱内には駆動軸に外嵌する
   リング状のパッキンを複数個配設すると共に、これらパ
   ッキンの中間部に空隙部を形成し、この空隙部に冷却水
   を注入するようにしたことを特徴とする請求項１又は２
   に記載の発電装置の蒸気タービン。