JP2013113475A

JP2013113475A - 復水器

Info

Publication number: JP2013113475A
Application number: JP2011258933A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nagai; 尚教永井; Masaru Hiraoka; 賢平岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-06-10

Abstract

【課題】タービン排気流の圧力損失を低減させるとともに伝熱細管へのドロップレットエロージョンを防ぐことができる復水器を提供する。
【解決手段】タービン車室に接続され、該タービン車室からタービン排気流４が流入する中間胴内部に円筒形の加熱器を備える復水器において、該加熱器の外周面のうち、タービン排気流４の流通方向上流側の領域に、微小渦を発生させる複数の一次突起部３１を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、タービン車室に接続され、該タービン車室からタービン排気流が流入する中間胴内部に円筒形の加熱器を有する復水器に関する。

タービンを用いた発電プラントにおいては、一般的に、タービンを内部に有するタービン車室に復水器が接続されており、タービンから排出されたタービン排気流を復水器で冷却・凝縮させることで復水を生成することとしている。これにより、タービン排気流の有する熱エネルギーを回収して、プラントの発電効率の向上が図られている。

復水器には、加熱器（ヒータ）を備えた中間胴と、伝熱細管を備えた本体胴とが備えられている。タービンから排出されたタービン排気流は、中間胴に流入し、加熱器により加熱される。その後、タービン排気流は本体胴へ流入し、伝熱細管内の冷却水と熱交換し、復水となる。

ここで、復水器の中間胴内に備えられた加熱器は、タービン排気流の流路中に存在するため、タービン排気流の流れを妨げる流体抵抗として作用してしまう。これにより、中間胴におけるタービン排気流の圧力損失が増大し、復水器における凝縮効率やプラントの発電効率が低下してしまう。このため、加熱器周辺に整流板やカスプを設け、渦流れの発生や流れの剥離を抑制し、圧力損失を低減させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４３８１号公報

しかしながら、特許文献１の復水器では、タービン排気流に含まれる微小な水滴が、伝熱細管に高流速で衝突することにより、伝熱細管の表面が浸食されてしまう、いわゆるドロップレットエロージョンが生じ得るという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、タービン排気流の圧力損失を低減させるとともに伝熱細管へのドロップレットエロージョンを防ぐことができる復水器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、タービン車室に接続され、該タービン車室からタービン排気流が流入する中間胴内部に円筒形の加熱器を備える復水器において、前記加熱器は、該加熱器の外周面のうち、前記タービン排気流の流通方向上流側の領域に、微小渦を発生させる複数の一次突起部を備えていることを特徴としている。

この構成によれば、タービン排気流が加熱器における該タービン排気流の流通方向上流側の領域に吹き付けられることで、隣接する一次突起部同士の間に微小な渦が形成される。これによって、加熱器の外周面に微小な渦に基づく乱流境界層を生成させることができる。この乱流境界層によってタービン灰気流の流体抵抗を低減させることができる他、該タービン排気流の流れが剥離しにくくなるため、加熱器の外周面において大きな渦の発生を抑制することができる。また、タービン排気流に含まれる微小な水滴を一次突起部で捕捉することができる。加えて、タービン排気流に含まれる微小な水滴が一次突起部に衝突することにより、水滴の速度を低減することが可能となる。

上記の復水器において、前記一次突起部は、前記加熱器の軸線方向に対して平行に延在することを特徴としている。

この構成によれば、加熱器の軸方向に沿って微小な渦を形成し、タービン排気流が剥離しにくくなる乱流境界層を軸線方向にわたって発生させることができる。また、タービン排気流に含まれる微小な水滴が、一次突起部により容易に捕捉することが可能となる。

上記の復水器において、前記一次突起部は、軸線方向一方側に向かうにしたがって、周方向に捩れる捩れ形状をなしていることを特徴としている。

この構成によれば、一次突起部に捕捉された水滴を、過剰に一次突起部に溜まることなく、下流側へ低流速で排出することができる。

上記の復水器において、前記一次突起部は、外周面から凹む複数のディンプル部の間に形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、ディンプル部に微小な渦を形成し乱流境界層を発生させることができるため、タービン排気流が剥離にしにくく、加熱器の外周面に大きな渦が発生してしまうことを抑制することができる。また、タービン排気流に含まれる微小な水滴を、ディンプル部で捕捉することができる。加えて、タービン排気流に含まれる微小な水滴がディンプル部の間の一次突起部に衝突することにより、水滴の速度を低減することが可能となる。

上記の復水器において、前記加熱器は、該加熱器の外周面のうち、前記タービン排気流の流通方向下流側の領域に、該加熱器の外周面に沿って流通する前記タービン排気流を該外周面から剥離させる二次突起部を備えていることを特徴としている。

この構成によれば、加熱器の外周面に沿って流れるタービン排気流の剥離位置を一定にすることができる。これにより、タービン排気流の下流における非定常性を低減することが可能となる。

上記の復水器において、前記二次突起部は、前記加熱器の軸線方向に平行に延在するように一対が対称配置されていることを特徴としている。

この構成によれば、タービン排気流を対称に流通させることができ、タービン排気流の下流における非定常性を確実に低減することが可能となる。

本発明の復水器によれば、上記のように加熱器の外周面に複数の一次突起部を備えることにより、タービン排気流の流体抵抗を低減させることができるとともに、大きな渦の発生を防止することができる。これによって、タービン排気流の圧力損失を低減することができる。また、タービン排気流に含まれる微小な水滴を一次突起部で捕捉することができるとともに、該水滴の速度を一次突起部で低減させることができるため、また、ドロップレットエロージョンを防止することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る復水器と、該復水器に接続されたタービン車室との縦断面図である。本発明の第１実施形態に係る復水器における加熱器の軸線方向に直交する断面図である。本発明の第１実施形態に係る復水器における加熱器の軸線方向に直交する側面図である。本発明の第２実施形態に係る復水器における加熱器の側面図である。本発明の第３実施形態に係る復水器における加熱器の軸線方向に直交する断面図である。本発明の第３実施形態に係る復水器における加熱器の側面図である。

以下、本発明に係る第１実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の復水器１と、該復水器１に接続されたタービン車室との縦断面図である。本実施形態の復水器１は、内部に配管等が備えられる空間を有する筐体であり、中間胴１０と本体胴２０とを有している。

中間胴１０は、復水器１の上部を構成しており、中間胴１０の上面はタービン車室２の下面と接続され、中間胴１０とタービン車室２の接続面は互いに連通している。
本体胴２０は、復水器１の下部を構成しており、本体胴２０の上面は中間胴の下面と接続され、中間胴１０と本体胴２０の接続面は互いに連通している。

タービン車室２の内部には、タービン排気流４を排出するタービン３が備えられている。このタービン３は、その軸線が水平方向に延在するように配置されている。
中間胴１０の内部には、円筒形状をなす加熱器３０が複数（本実施形態では２本）備えられている。これら複数の加熱器３０は、同一の高さ位置において、タービン３の軸線方向に直交する水平方向に延在しており、中間胴１０の幅方向中央を対称線として互いに対称に配置されている。なお、このような複数の加熱管３０に加え、高さ位置の異なる別の水平面内に別の加熱管３０が配置されていても良い。
また、本体胴２０の内部には、伝熱細管４０が備えられている。

ここで図２に示すように、加熱器３０の外周面には、複数の一次突起部３１が設けられている。一次突起部３１は、加熱器３０の外周面のうち、タービン排気流４の流通方向上流側の領域（本実施形態では上方を向く領域）に設けられている。即ち、図２においてタービン排気流の流通方向に直交し、かつ、加熱器３０の中心軸を通過する水平線Ａを基準に、半時計回りに0°以上180°以下の範囲に一次突起部３１が設けられている。
また、図３に示すように、複数の一次突起部３１は、加熱器３０の軸線方向と平行に、加熱器３０の一端から他端にわたって設けられている。

また、加熱管３０の外周面のうち、タービン排気流４の流通方向下流側の領域（本実施例では下方を向く領域）には、二次突起部３２が備えられている。二次突起部３２は、加熱器３０の外周面に沿って流通する流体を、加熱器３０の外周面から剥離させる。二次突起部３２は、加熱器３０の軸線方向と平行に、加熱器３０の一端から他端にわたって延在するように設けられている。本実施形態では、タービン排気流の流通方向に平行で、かつ、加熱管３０の中心軸を通過する線分を対象線として、一対の二次突起部が対称配置されている。

以上のような構成の復水器１においては、タービン３から排出されたタービン排気流４は、タービン車室２から中間胴１０に流入し、該中間胴１０内を下方に向かって流通する。このようにタービン排気流４が中間胴１０内を流通する際に、該中間胴１０内に配置された加熱器３０により加熱される。その後、加熱されたタービン排気流４は、中間胴１０から本体胴２０に流入し、伝熱細管４０により熱交換が行われることで、凝縮されて復水が生成される。

ここで、仮に加熱器３０がその外周面に一次突起部を有さないものとした場合、この加熱器の外周面近傍には層流境界層が発生する。この層流境界層は、流速の速いタービン排気流を受けると、流れが容易に剥離してしまい、大きな渦を発生させ、抵抗を増大させてしまう。これに対して、本実施形態の復水器１では、隣接する一次突起部３１同士の間には、タービン排気流４により微小渦４５が形成され、乱流境界層を発生させる。乱流境界層は、層流境界層に比べ、剥離しにくい性質を有するため、流れの剥離を防ぎ、大きな渦の発生を抑制し、抵抗を低減することが可能となる。これにより、タービン排気流の圧力損失の低減することができる。

また、一次突起部３１が、加熱器３０の軸線方向に対して平行に設けられていることにより、タービン排気流４に含まれる微小な水滴を捕捉しやすくなる。また、タービン排気流４に含まれる微小な水滴の流速を十分に低減することができる。これにより、伝熱細管に衝突する水滴の数を減らし、また、衝突時の速度を低減することができるため、伝熱細管４０へのドロップレットエロージョンを防ぐことができる。

加えて、一次突起部３１により、加熱管３０の外周面近傍のタービン排気流４を剥離することなく加熱管の外周面に沿って流通させ、二次突起部３２により、剥離せずに流通してきたタービン排気流４を一定の位置で剥離させることができるため、一次突起部３１と二次突起部３２を同時に適用することにより、効果が顕著になる。

なお、一次突起部３１は、加熱器３０の外周面に等間隔に設けられていることが好ましい。これにより、タービン排気流４の流れを均一にすることができる。
また、突起部の高さは、微小渦４５を発生させるのに必要な高さであれば良い。例えば、境界層の厚さ程度であれば良く、製品の仕様や運転条件によって必要な高さは異なる。

なお、二次突起部３２の位置や高さは、タービン３の仕様や運転条件によって適宜変更されることが好ましく、加熱器３０外表面付近の流体解析により、流体の剥離点付近に設けられ、流体を剥離させるために必要な高さを有することが好ましい。
また、一次突起部３１と二次突起部３２は、合計で７箇所以上設けられることが好ましい。
なお、一次突起と二次突起は、いずれか一方のみ備えられていても良い。

次に、第２実施形態の復水器１について、図４を用いて説明する。この第２実施形態においては、第１実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。以下の実施形態でも同様である。
本実施形態に係る復水器１では、一次突起部３１は、軸線方向一方側に向かうにしたがって、周方向に捩れる捩れ形状をなしており、第一実施形態同様、加熱器３０の外表面のうち、タービン排気流４の流通方向上流側の領域に設けられている。
また、二次突起部３２は、第１実施形態と同様に、加熱管の軸線方向と平行に一対が対称配置されている。

第２実施形態の作用について説明する。一次突起部３１が捩れ形状を有していることにより、一次突起部３１に捕捉されたタービン排気流４に含まれる微小な水滴が、過剰に一次突起部３１に溜まることなく、タービン排気流４の下流側、すなわち伝熱細管４０側に排出される。これにより、加熱管の外周面に過剰な水滴が溜まることによる加熱効率の低下を防ぐことができる。また、捕捉された水滴がスムーズに低流速で排出されることにより、伝熱細管４０へのドロップレットエロージョンを確実に防ぐことができる。

次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態においては、加熱管３０の外周面のタービン排気流４の流通方向上流方向の領域に設けられた一次突起部３１は、該外周面から凹むように形成された複数いわゆるディンプル部５０の間に形成されている。即ち、外周面に複数のディンプル部５０が形成されることによって、これら隣接するディンプル部５０の間の凸状の部分が一次突起部３１とされている。このようなディンプル部５０は、例えば、球状の物を加熱管の外表面に押し当てることにより形成される。また、加熱管３０の外周面のうち、タービン排気流４の流通方向下流側の領域には、上記の実施形態と同様、加熱管３０の軸線方向と平行に延在する二次突起部３２が備えられている。

第３実施形態の作用について説明する。
この実施形態の復水器１では、ディンプル部５０には、第１実施形態の隣接する複数の一次突起部３１の間と同様に、タービン排気流４により微小渦４５が形成され、乱流境界層を発生させる。乱流境界層は、層流境界層に比べ、剥離しにくい性質を有するため、流れの剥離を防ぎ、大きな渦の発生を抑制し、抵抗を低減することが可能となる。
また、ディンプル部５０においてタービン排気流４に含まれる微小な水滴を捕捉することができ、あるいは粒子速度を減速させることができる。これにより、伝熱細管４０へのドロップレットエロージョンのリスクを低減させることができる。

なお、ディンプル部５０は、図６に示すように、互いに等間隔で設けられることが好ましい。また、複数列のディンプル部５０は、各列のディンプルが千鳥状に互い違いに配置されることが好ましい。これにより、タービン排気流４の均一化を図ることができ、圧力損失の低減が可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１復水器
２タービン車室
４タービン排気流
１０中間胴
３０加熱器
３１一次突起部
３２二次突起部
４０微小渦
５０ディンプル部

Claims

タービン車室に接続され、該タービン車室からタービン排気流が流入する中間胴内部に円筒形の加熱器を備える復水器において、
前記加熱器は、該加熱器の外周面のうち、前記タービン排気流の流通方向上流側の領域に、微小渦を発生させる複数の一次突起部を備えていることを特徴とする復水器。
請求項１に記載の復水器において、
前記一次突起部は、前記加熱器の軸線方向に対して平行に延在することを特徴とする復水器。
請求項１に記載の復水器において、
前記一次突起部は、軸線方向一方側に向かうにしたがって、周方向に捩れる捩れ形状をなしていることを特徴とする復水器。
請求項１に記載の復水器において、
前記一次突起部は、外周面から凹む複数のディンプル部の間に形成されていることを特徴とする復水器。
請求項１から４のいずれか一項に記載の復水器において、
前記加熱器は、該加熱器の外周面のうち、前記タービン排気流の流通方向下流側の領域に、該加熱器の外周面に沿って流通する前記タービン排気流を該外周面から剥離させる二次突起部が備えられていることを特徴とする復水器。
請求項５に記載の復水器において、
前記二次突起部は、前記加熱器の軸線方向に平行に延在するように一対が対称配置されていることを特徴とする復水器。