JP2014043813A - Method of operating double pressure-type radial turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異なる温度および／または異なる圧力を有する二つの流体を取り扱う二圧式ラジアルタービンの運用方法に関するものである。 The present invention relates to a method of operating a two-pressure radial turbine that handles two fluids having different temperatures and / or different pressures.
半径方向の流速成分を主要な成分として持ってタービンホイールに流入し、旋回する中低温・高温、高圧の流体から旋回エネルギーを回収して回転動力に変換するとともに、その旋回エネルギーが回収された流れを軸方向に吐出する単一のタービンホイールを備えたラジアルタービン（例えば、特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービン）は、各種産業用プラントから高温、高圧の流体で排出される排出エネルギーの動力回収、船舶や車両用の動力源、等の熱サイクルを経由して動力を得るシステムの排熱回収、地熱・ＯＴＥＣ等の中低温熱源を利用するバイナリーサイクル発電の動力回収、等において広く用いられている。 Flow that collects the turning energy from the medium / low / high / high pressure fluid that flows into the turbine wheel with the radial flow velocity component as the main component and turns, and converts it into rotational power. A radial turbine having a single turbine wheel that discharges in the axial direction (for example, a two-pressure radial turbine disclosed in Patent Document 1) is a type of exhaust energy that is discharged from various industrial plants with a high-temperature and high-pressure fluid. Widely used in power recovery, exhaust heat recovery of systems that obtain power through thermal cycles such as power sources for ships and vehicles, power recovery of binary cycle power generation using medium and low temperature heat sources such as geothermal and OTEC, etc. It has been.
さて、上記特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービンにおいて、主流入路２９→入口流路３１→ノズル３３→主入口２７→主通路２３を通過する流体と、従流入路３７→入口流路３９→ノズル４１→従入口３５→従通路２５を通過する流体との流量比は、いかなる組み合わせであっても差し支えない。
Now, in the two-pressure radial turbine disclosed in
ここで、上記特許文献１に開示された二圧式ラジアルタービンを含むラジアルタービンは、一般に発電用に使用されるため一定回転数で運用される。このような一定回転数にて運用されるタービンにおいては、定格出力以下の部分負荷で運転される場合や、起動時等、定格流量以下の低流量で運転される場合がある。そのような場合、タービン出口における流れが旋回流となり、この旋回流が不安定になって周期的な変動成分を有する騒音や圧力変動が発生し、さらにその圧力変動が大きい場合には軸振動が発生する場合がある。すなわち、部分負荷で運転される場合や、定格流量以下の低流量で運転される場合、「流れの脈動」が発生し、その結果、周期的な圧力変動や、振動、騒音が発生することがある。
Here, since the radial turbine including the two-pressure radial turbine disclosed in
つぎに、この原因について説明する。
タービン出口における流れは、設計点では旋回流の速度は略ゼロで軸方向に流れる。部分負荷（流量が減少すると）になるとこの旋回流の速度が増加するが、回転軸周りに一定の速度で旋回しながら軸方向に流れることを期待するものである。ところが、この旋回流の速度が大きくなってくると、流れが蛇行し歳差運動を始めるために「流れの脈動」が発生する。例えば、水車では、ドラフトチューブの圧力変動や振動問題とそのメカニズムとして一般に認識されているものである。この水車の振動問題に類似の「流れの脈動」現象がラジアルタービン（斜流タービン）の起動時や部分負荷運用時に発生することがある。
Next, this cause will be described.
The flow at the turbine outlet flows axially at a design point with a swirling flow velocity of approximately zero. The speed of the swirling flow increases with partial load (when the flow rate decreases), but it is expected to flow in the axial direction while swirling at a constant speed around the rotation axis. However, when the speed of the swirling flow increases, the flow meanders and starts precession, and “flow pulsation” occurs. For example, in a water turbine, it is generally recognized as a pressure fluctuation and vibration problem of a draft tube and its mechanism. A “flow pulsation” phenomenon similar to the vibration problem of a water turbine may occur when a radial turbine (diagonal flow turbine) is started or during partial load operation.
つづいて、従来のラジアルタービンにおいて「流れの脈動」が発生するメカニズムを、図２２から図２５を用いて説明する。
図２２は従来のラジアルタービンの子午面形状と設計流量近傍のタービンを通り抜ける流れを示す図、図２３は従来のラジアルタービンの翼形状とタービンを通り抜ける流れ、および設計流量時のタービン出口におけるタービン出口速度三角形を示す図、図２４は従来のラジアルタービンの子午面形状と低流量時のタービンを通り抜ける流れ、および低流量時の蛇行する流れを示す図、図２５は低流量時のタービン出口におけるタービン出口における速度三角形を示す図である。
Next, a mechanism for generating “flow pulsation” in a conventional radial turbine will be described with reference to FIGS. 22 to 25.
FIG. 22 is a diagram showing a meridional shape of a conventional radial turbine and a flow passing through the turbine in the vicinity of the design flow rate, and FIG. 23 is a blade shape of the conventional radial turbine, a flow passing through the turbine, and a turbine outlet at the turbine outlet at the design flow rate. FIG. 24 is a diagram showing a velocity triangle, FIG. 24 is a diagram showing a meridional shape of a conventional radial turbine, a flow passing through a turbine at a low flow rate, and a meandering flow at a low flow rate, and FIG. 25 is a turbine at a turbine outlet at a low flow rate. It is a figure which shows the speed triangle in an exit.
図２２に示すように、設計流量（定格流量）では、子午面における流速分布は半径方向に略一様な速度分布を有するように設計されるが、実際には、図中に二点鎖線で示すように、シュラウド側で速くハブ側で遅い流速分布になっていることが多く、その速度差が大きい場合には、シュラウド側で平均軸流流速に比べて約＋１０％、ハブ側で平均軸流流速に比べて−１０％程度の流速分布が生じていることもある。
ここではこの分布を平均した半径方向に一様な分布を代表流速分布として説明する。
As shown in FIG. 22, at the design flow rate (rated flow rate), the flow velocity distribution on the meridian plane is designed to have a substantially uniform velocity distribution in the radial direction. As shown, the flow velocity distribution on the shroud side is often fast and the hub side is slow, and when the speed difference is large, the shroud side has about + 10% of the average axial flow velocity, and the hub side has the average shaft speed. A flow velocity distribution of about −10% compared to the flow velocity may occur.
Here, a uniform distribution in the radial direction obtained by averaging this distribution will be described as a representative flow velocity distribution.
一方、図２３に示すように、設計流量では、タービン出口（動翼出口）の流れの平均速度を示す速度三角形において、絶対流れの流速の方向は略軸方向を向いて流れるように設計されている。ところが、発電装置では回転数が一定なので、例えば、出力を低下させるために、タービン入口の圧力を下げると、タービンを通過する流量が低減し、タービン出口の相対流れの流速が低下する。その時、タービン翼の角度が決まっているので、結果としてタービンから流出する絶対流れの向きが変化し、回転軸に対する流れ角αが設計点の略０度から大きくなり回転軸周りの旋回流になってゆく。 On the other hand, as shown in FIG. 23, in the design flow rate, in the speed triangle indicating the average flow velocity at the turbine outlet (blade blade outlet), the flow velocity direction of the absolute flow is designed to flow substantially in the axial direction. Yes. However, since the rotational speed is constant in the power generation device, for example, when the pressure at the turbine inlet is lowered in order to reduce the output, the flow rate passing through the turbine is reduced, and the flow rate of the relative flow at the turbine outlet is lowered. At that time, since the angle of the turbine blade is determined, the direction of the absolute flow flowing out from the turbine changes as a result, and the flow angle α with respect to the rotation axis increases from about 0 degrees of the design point, and the swirl flow around the rotation axis becomes. Go.
ところが、図２４に示すように、この旋回流の流れ角αがおおよそ３０度を超えた辺りから旋回流が軸対称の流れから蛇行を始め、吐出管内の周方向に圧力分布が発生し、その圧力分布が旋回することにより一定周波数の「流れの脈動」が発生して、周期的な圧力変動や騒音、この圧力変動による軸振動等が発生することがある。また、この一定の周波数は、ラジアルタービンの作動点によって異なり、時間的に作動点が一定の時に、一定の周波数で変動する。したがって、作動点の変化によって周波数が変化し、ラジアルタービンの固有振動数と共振を起こし、ラジアルタービンが破損に至るおそれもある。 However, as shown in FIG. 24, when the flow angle α of the swirling flow exceeds approximately 30 degrees, the swirling flow starts meandering from an axisymmetric flow, and pressure distribution is generated in the circumferential direction in the discharge pipe. As the pressure distribution swirls, “flow pulsation” having a constant frequency may occur, and periodic pressure fluctuations and noise, shaft vibration due to the pressure fluctuations, and the like may occur. The constant frequency varies depending on the operating point of the radial turbine, and fluctuates at a constant frequency when the operating point is constant over time. Therefore, the frequency changes due to the change of the operating point, causing resonance with the natural frequency of the radial turbine, which may cause damage to the radial turbine.
なお、水車においては、水や液体が流れるので、流体の密度、および圧力変動の振幅が大きく、構造的なトラブルを発生するおそれがあることから、多くの研究がなされるとともに、多くの対策案が考案されている。
一方、ラジアルタービンにおいては、一般に気体が流れるので、流体の密度、および圧力変動の振幅が小さく、構造的なトラブルとして認識されていない場合も多いが、本発明が対象とするエキスパンジョンタービンでは、低沸点媒体が流されることがあり、この場合、低沸点媒体の密度が大気よりも大きく、圧力変動の振幅が大きくなって、構造的なトラブルに発展するおそれがある。
In addition, since water and liquid flow in a water wheel, the density of fluid and the amplitude of pressure fluctuations are large, which may cause structural problems. Has been devised.
On the other hand, in a radial turbine, since gas generally flows, the density of fluid and the amplitude of pressure fluctuation are small, and it is often not recognized as a structural trouble. In this case, the density of the low boiling point medium is larger than that of the atmosphere and the amplitude of the pressure fluctuation is increased, which may lead to a structural trouble.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる二圧式ラジアルタービンの運用方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and even when a low-boiling-point medium is flowed as a working fluid of an expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced, and the structural An object of the present invention is to provide a method for operating a two-pressure radial turbine capable of avoiding trouble.
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法は、ラジアルタービンホイールとケーシングによって構成される主通路と従通路の各々に圧力の異なる２つの流体を流す工程を備えた二圧式ラジアルタービンの運用方法であって、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整するようにした。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
An operation method of a two-pressure radial turbine according to the present invention is an operation method of a two-pressure radial turbine including a step of flowing two fluids having different pressures in each of a main passage and a sub passage constituted by a radial turbine wheel and a casing. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution formed at the outlet of the radial turbine wheel at the design flow rate; and The average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage is a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, or the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is the uniform The average axial flow velocity of the entire axial flow velocity distribution is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire flow velocity distribution, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage is And to adjust the flow rate of fluid to approximate a combination of more than 10%.
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to the operation method of the two-pressure radial turbine according to the present invention, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and structural trouble can be caused. It can be avoided.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。 In the method for operating the two-pressure radial turbine, in the path from the starting operating point at which both the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are zero to the steady operating point at a constant rotational speed, the main passage The fluid is fed into and activated, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and flows through the slave passage. It is more preferable that the average axial flow velocity of the fluid reaches a steady operating point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine operation method, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the pressure fluctuation amplitude can be reduced and structural troubles can be avoided. can do.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。 In the method for operating the two-pressure radial turbine, in the path from the starting operating point at which the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operating point at a constant rotational speed, the secondary passage The fluid is fed into and activated, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and flows through the slave passage. It is more preferable that the average axial flow velocity of the fluid reaches a steady operating point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine operation method, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the pressure fluctuation amplitude can be reduced and structural troubles can be avoided. can do.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。 In the method for operating the two-pressure radial turbine, in the path from the starting operating point at which both the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are zero to the steady operating point at a constant rotational speed, the main passage The fluid is fed into and activated, and the fluid is fed into the secondary passage. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10 of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. %, And the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage reaches the steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. It is more preferable to use it.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine operation method, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the pressure fluctuation amplitude can be reduced and structural troubles can be avoided. can do.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るようにするとさらに好適である。 In the method for operating the two-pressure radial turbine, in the path from the starting operating point at which the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operating point at a constant rotational speed, the secondary passage The fluid is fed into the main passage, activated, fluid is fed into the main passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10 of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. %, And the average axial velocity of the fluid flowing through the main passage reaches a steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial velocity of the entire uniform flow velocity distribution. It is more preferable to use it.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine operation method, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the pressure fluctuation amplitude can be reduced and structural troubles can be avoided. can do.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにするとさらに好適である。 In the operation method of the two-pressure radial turbine, the delivery pressure of the high-pressure pump that sends the fluid to the main passage and the delivery pressure of the low-pressure pump that sends the fluid to the slave passage are each adjusted, or from the high-pressure pump The opening degree of the first valve provided in the middle of the pipe for guiding the delivered fluid to the main passage, and the second opening provided in the middle of the pipe for guiding the fluid delivered from the low-pressure pump to the secondary passage. Adjust the valve opening respectively, or arrange the variable nozzle disposed in the casing and upstream of the main passage, and the casing and upstream of the sub-passage More preferably, the blade angle of the variable nozzle is adjusted.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
According to the operation method of such a two-pressure radial turbine, it is possible to adjust the delivery pressure of the high-pressure pump and the delivery pressure of the low-pressure pump, respectively, without newly providing special piping or valves. By simply adjusting the opening of the second valve and the opening of the second valve, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, In addition, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage is a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, or the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is the uniform flow velocity. The average axial flow velocity of the entire distribution is approximately 10% or less, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. , Average axial velocity of the fluid flowing through the average axial velocity and tributary path of the fluid flowing through the passage can be adjusted respectively.
As a result, even when a low-boiling point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and a structural trouble can be avoided.
上記二圧式ラジアルタービンの運用方法において、前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するようにするとさらに好適である。 In the above-described method for operating the two-pressure radial turbine, it is more preferable to adjust the blade angle of the variable nozzle disposed inside the casing and upstream of the secondary passage.
このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、可変ノズルの翼角度を調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
また、このような二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、ケーシングの内部で、かつ、主通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するよりも、ノズルとケーシング１１との間に生じた隙間に生じる圧力差が小さいので、当該隙間からの漏れ損失を少なくすることができ、当該二圧式ラジアルタービンの性能低下を抑制することができる。
According to such an operation method of the two-pressure radial turbine, the average axial velocity of the fluid flowing through the main passage can be adjusted by simply adjusting the blade angle of the variable nozzle without newly providing special piping or valves. , Approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the combination or main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage is uniform. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the sub-passage can be adjusted to be a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire flow velocity distribution.
As a result, even when a low-boiling point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and a structural trouble can be avoided.
In addition, according to such a method of operating the two-pressure radial turbine, it is possible to reduce the gap between the nozzle and the
本発明に係る二圧式ラジアルタービンは、タービン回転半径方向からタービン回転軸方向に湾曲しつつ順次翼高さが高くなる主通路と、前記主通路の正面側または背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、前記主通路、および前記従通路に流入する流体によって駆動されるラジアルタービンホイールと、前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量が調整される。 The two-pressure radial turbine according to the present invention is provided on a main passage in which the blade height is sequentially increased while curving from a turbine rotation radial direction to a turbine rotation axis direction, and on the front side or the back side of the main passage, A sub-passage through which a fluid having a pressure lower than the pressure of the fluid flowing through the main passage, a radial turbine wheel driven by the fluid flowing into the sub-passage, and a casing for housing the radial turbine wheel are provided. A two-pressure radial turbine in which the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution formed at the outlet of the radial turbine wheel at the design flow rate. Thus, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the sub-passage, or the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. However, the flow rate of the fluid is adjusted so as to be a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution.
本発明に係る二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to the two-pressure radial turbine according to the present invention, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced and structural troubles can be avoided. Can do.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。 In the two-pressure radial turbine, fluid is supplied to the main passage in a path from the starting operation point at which the flow rate of the main passage and the flow rate of the sub passage are both zero to the steady operation point at a constant rotation speed. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the average of the fluid flowing through the secondary passage It is more preferable that the axial flow velocity is operated so as to reach a steady operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced and structural troubles can be avoided. it can.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。 In the two-pressure radial turbine, fluid is supplied to the slave passage in a path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the slave passage are both zero to the steady operation point at a constant rotation speed. The average axial flow velocity of the fluid flowing in and flowing through the main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the average of the fluid flowing in the secondary passage It is further preferable that the axial flow velocity is operated so as to reach a steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced and structural troubles can be avoided. it can.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。 In the two-pressure radial turbine, fluid is supplied to the main passage in a path from the starting operation point at which the flow rate of the main passage and the flow rate of the sub passage are both zero to the steady operation point at a constant rotation speed. The fluid is fed into the secondary passage and activated so that the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. And the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is operated so as to reach a steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. It is more preferable.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced and structural troubles can be avoided. it can.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路の流量および前記従通路の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて前記定常運用作動点に至る経路において、前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されるとさらに好適である。 In the two-pressure radial turbine, fluid is supplied to the slave passage in a path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the slave passage are both zero to the steady operation point at a constant rotation speed. Inject, activate, inject fluid into the main passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. And the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is operated so as to reach a steady operating point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. It is more preferable.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。 According to such a two-pressure radial turbine, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of pressure fluctuation can be reduced and structural troubles can be avoided. it can.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記主通路に流体を送出する高圧ポンプの送出圧力、および前記従通路に流体を送出する低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するか、または、前記高圧ポンプから送出された流体を前記主通路に導く配管の途中に設けられた第１のバルブの開度、および前記低圧ポンプから送出された流体を前記従通路に導く配管の途中に設けられた第２のバルブの開度をそれぞれ調整するか、あるいは、前記ケーシングの内部で、かつ、前記主通路の上流側に配置された可変ノズル、および前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するように運用されるとさらに好適である。 In the above two-pressure radial turbine, the delivery pressure of the high-pressure pump that sends the fluid to the main passage and the delivery pressure of the low-pressure pump that sends the fluid to the slave passage are adjusted, or sent from the high-pressure pump. The opening degree of the first valve provided in the middle of the pipe that leads the fluid to the main passage, and the opening of the second valve provided in the middle of the pipe that leads the fluid sent from the low-pressure pump to the slave passage. Or a variable nozzle disposed in the casing and upstream of the main passage, and a variable nozzle disposed in the casing and upstream of the sub-passage. It is more preferable to operate so as to adjust the blade angle of the nozzle.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
According to such a two-pressure radial turbine, it is only necessary to adjust the delivery pressure of the high-pressure pump and the delivery pressure of the low-pressure pump without newly providing special piping or valves, or the first valve. By simply adjusting the opening and the opening of the second valve, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the A combination in which the average axial velocity of the fluid flowing through the passage is approximately 10% or less of the average axial velocity of the entire uniform flow velocity distribution, or the average axial velocity of the fluid flowing through the main passage is equal to that of the entire uniform flow velocity distribution. The main passage so that the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity, and is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. Flow That the fluid of the average axial velocity and tributary path average axial velocity of the fluid flowing through the can be adjusted respectively.
As a result, even when a low-boiling point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and a structural trouble can be avoided.
上記二圧式ラジアルタービンにおいて、前記ケーシングの内部で、かつ、前記従通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するように運用されるとさらに好適である。 In the two-pressure radial turbine, it is more preferable that the two-pressure radial turbine is operated so as to adjust a blade angle of a variable nozzle disposed inside the casing and upstream of the secondary passage.
このような二圧式ラジアルタービンによれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、可変ノズルの翼角度を調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
また、このような二圧式ラジアルタービンによれば、ケーシングの内部で、かつ、主通路の上流側に配置された可変ノズルの翼角度を調整するよりも、ノズルとケーシング１１との間に生じた隙間に生じる圧力差が小さいので、当該隙間からの漏れ損失を少なくすることができ、当該二圧式ラジアルタービンの性能低下を抑制することができる。
According to such a two-pressure radial turbine, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is uniform by simply adjusting the blade angle of the variable nozzle without newly providing special piping or valves. A combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the uniform uniform flow velocity distribution, or The average axial flow velocity of the fluid flowing in the main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the average axial flow velocity of the fluid flowing in the follower passage is the entire uniform flow velocity distribution. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the sub-passage can be adjusted to be a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of each.
As a result, even when a low-boiling point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and a structural trouble can be avoided.
In addition, according to such a two-pressure radial turbine, it occurs between the nozzle and the
本発明に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができるという効果を奏する。 According to the operation method of the two-pressure radial turbine according to the present invention, even when a low-boiling-point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and structural trouble can be caused. There is an effect that it can be avoided.
以下、本発明の一実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの運用方法について、図１から図６を用いて説明する。
図１は本実施形態に係る二圧式ラジアルタービンは、例えば、図１から図３に示す二圧式バイナリーサイクル発電システム（以下、「二圧式バイナリー発電」という。）１，２，３に適用され得るものであり、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービンの形態としては、例えば、図４に示すエキスパンジョンタービン４や図５に示すエキスパンジョンタービン５がある。
なお、図１から図３中の符号６は、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン、符号７は、二圧式ラジアルタービン６により回転駆動される発電機を示している。
また、図１から図３には、二圧式ラジアルタービン６として、図４に示すエキスパンジョンタービン４が適用されたものを示している。
Hereinafter, a method for operating a two-pressure radial turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 shows a two-pressure radial turbine according to this embodiment, which can be applied to, for example, a two-pressure binary cycle power generation system (hereinafter referred to as “two-pressure binary power generation”) 1, 2, 3 shown in FIGS. As a form of the two-pressure radial turbine according to the present embodiment, for example, there are an
1 to 3 indicates a two-pressure radial turbine according to the present embodiment, and
1 to 3 show a two-pressure
図１から図３に示すように、二圧式バイナリー発電１，２，３は、例えば、各種の産業用プラント、船舶や車両用の動力源、等から排出される排ガス、温排水等あるいは地熱・ＯＴＥＣ等から回収した熱エネルギーを用いて発電するバイナリーサイクル発電システムであり、低沸点媒体が異なる二種類の圧力（および温度）で循環し、液体および気体の状態変化を繰り返すように構成されたランキンサイクルのサイクル回路Ｃを備えている。
なお、図１から図３中の符号Ｐ１，Ｐ２は、低沸点媒体の圧力（Ｐ１＞Ｐ２）を、符号Ｔ１，Ｔ２は、低沸点媒体の温度（多くの場合、Ｔ１＞Ｔ２）を示している。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the two-pressure
1 to 3 indicate the pressure of the low boiling point medium (P1> P2), and T1 and T2 indicate the temperature of the low boiling point medium (in many cases, T1> T2). Yes.
図４、図５中の符号１１はケーシング、符号１２は回転軸、符号１３はラジアルタービンホイール、符号１４はハブ、符号１５はラジアル翼、符号１６は主入口、符号１７は主流入路、符号１８は入口流路、符号１９はノズル、符号２０は従入口、符号２１は従流入路、符号２２は入口流路、符号２３はノズル、符号２４はタービン出口、符号２５は主通路、符号２６は従通路を示している。
4 and 5,
なお、二圧式ラジアルタービン６内で膨張して仕事をした高圧気相媒体および低圧気相媒体は、いずれも温度および圧力が低下した気相媒体となり、タービン出口２４よりも下流側において合流した後、凝縮器（図示せず）へ導かれる。
凝縮器に導入された気相媒体は、低温熱源との熱交換により吸熱されるので、凝縮して液相媒体となる。この液相媒体は、高圧ポンプ（図示せず）および低圧ポンプ（図示せず）に導入されて各々異なる圧力まで昇圧され、以下同様の状態変化を繰り返しながらサイクル回路Ｃを循環する。
Note that the high-pressure gas phase medium and the low-pressure gas phase medium that have expanded and worked in the two-pressure
Since the gas phase medium introduced into the condenser is absorbed by heat exchange with the low-temperature heat source, it is condensed to become a liquid phase medium. This liquid phase medium is introduced into a high-pressure pump (not shown) and a low-pressure pump (not shown), and is pressurized to different pressures, and thereafter circulates in the cycle circuit C while repeating similar state changes.
このような二圧式バイナリー発電１，２，３では、サイクル回路Ｃを循環する熱媒体として、例えば、イソペンタン、ブタン、プロパン等の低分子炭化水素や、冷媒として用いられるＲ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等の熱媒体を使用することができる。
一方、熱源流体を加熱する側の高温熱源（第１の熱源）には、例えば、プラント等の排熱、余剰熱および地熱等から供給され、温度レベルＴ１で略一定の比熱を有する熱源流体が使用される。
また、凝縮器で熱を吸収する側の温度レベルＴ２の低温熱源（第２の熱源）には、例えば、大気、河川水、海水等のように、大気温度の空気や常温の水等が使用される。
なお、海洋温度差発電においては、高温熱源として海洋表層の温水を使用し、低温熱源として深海の冷水を使用する。
In such two-pressure
On the other hand, the high-temperature heat source (first heat source) on the side that heats the heat source fluid is supplied with, for example, exhaust heat, surplus heat, geothermal heat, etc. from a plant or the like and has a heat source fluid having a substantially constant specific heat at the temperature level T1. used.
For the low-temperature heat source (second heat source) at the temperature level T2 on the side where heat is absorbed by the condenser, air at ambient temperature or water at normal temperature is used, such as air, river water, seawater, etc. Is done.
In ocean temperature difference power generation, hot water on the surface of the ocean is used as a high temperature heat source, and cold water in the deep sea is used as a low temperature heat source.
さて、本実施形態では、起動時や部分負荷運用時に、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通過する流体のタービン出口２４（以下、「高圧タービン出口２４Ａ」という。）において形成される速度三角形の絶対流れの流れ角α１（図８参照）、および従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通過する流体のタービン出口２４（以下、「低圧タービン出口２４Ｂ」という。）において形成される速度三角形の絶対流れの流れ角α２（図８参照）が、いずれも（おおよそ）３０度を越えないようにして二圧式ラジアルタービン６が運用される。
In this embodiment, at the time of start-up or partial load operation, a turbine outlet 24 (hereinafter referred to as a “high pressure turbine outlet”) of fluid passing through the
より具体的には、設計点における設計流量で、タービン出口（動翼出口）に図１８に実線矢印で示すような一様な流速分布を有すると仮定したときに、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａ（図６参照）に導かれる流体と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂ（図６参照）に導かれる流体との境目（境界）となる面、すなわち、設計点における設計流量で、前記ラジアルタービンホイールの出口に一様な流速分布が形成されると仮定し、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに流れる流量と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流量との比率で、タービン出口における面積を、主通路２５の側と従通路２６の側に区分した面を仮想面２７（図６参照）と定義する。
More specifically, when it is assumed that the design flow rate at the design point has a uniform flow velocity distribution as indicated by solid arrows in FIG. The fluid led to the high-
そして、本実施形態では、起動時や部分負荷運用時に、図１０に示すように、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６が運用される。
In this embodiment, at the time of start-up or partial load operation, as shown in FIG. 10, the
ここで、図７は設計点で高圧タービン出口２４Ａにおいて形成される速度三角形、および設計点で低圧タービン出口２４Ｂにおいて形成される速度三角形を示している。図７に示すように、絶対流れの流速は、設計点において平均軸流速度と（おおよそ）一致するようにして設計される。ただし、実際に設計するときには、図２２に示したように、シュラウド側の絶対流れの流速が大きくなり、ハブ側の絶対流れの流速が小さくなるので、これがおおよそ等しくなるように、設計点において主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる流体の流量と、従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる流体の流量とを調整することもある。
Here, FIG. 7 shows the speed triangle formed at the high
なお、高圧タービン出口２４Ａは、ラジアル翼１５の回転周速が大きいので、ラジアル翼１５の角度に対応する、ラジアル翼１５（以下、単に「翼」という。）に沿う相対流れの流速に対する角度βＨが小さくなる。
一方、低圧タービン出口２４Ｂは、ラジアル翼１５の回転周速が小さいので、ラジアル翼１５の角度に対応する、翼に沿う相対流れの流速に対する角度βＬが、角度βＨよりも大きくなる。
The high-
On the other hand, since the rotational peripheral speed of the
図８は部分負荷運用時、主流入路１７→入口流路１８→ノズル１９→主入口１６→主通路２５を通って高圧タービン出口２４Ａに導かれる（以下、「高圧タービンを流れる」という。）流体の流量、および従流入路２１→入口流路２２→ノズル２３→従入口２０→従通路２６を通って低圧タービン出口２４Ｂに導かれる（以下、「低圧タービンを流れる」という。）流体の流量とが、ともに設計点における流量の（おおよそ）２／３で、絶対流れの流速の軸方向の速度成分が、設計点における絶対流れの流速の軸方向の速度成分の（おおよそ）２／３に設定された場合を示している。翼に沿う相対流れの流速は、高圧タービンを流れる流体の流量および低圧タービンを流れる流体の流量に（おおよそ）比例して変化するので、翼に沿う相対流れの流速も設計点における流速の（おおよそ）２／３になり、設計点における翼に沿う相対流れの流速の変化は、低圧タービンを流れる流体よりも高圧タービンを流れる流体の方が大きくなる。その結果、絶対流れの流れ角は高圧タービン出口２４Ａにおいてα１、低圧タービン出口２４Ｂにおいてα２となり、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角α１の方が、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角α２よりも大きくなる。
FIG. 8 shows that, during partial load operation, the
図９は高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角α１と、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角α２との関係を示す図表である。図９には、六つの作動領域、すなわち、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに安定している作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れが安定し、低圧タービンを流れる流体の流れが不安定になっている作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れが不安定になり、低圧タービンを流れる流体の流れが安定している作動領域、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに不安定になっている作動領域、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角が９０度に近い領域でも、低圧タービンを流れる流体が存在することで全体として安定する作動領域、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角が９０度に近い領域でも、高圧タービンを流れる流体が存在することで全体として安定する作動領域を示している。
FIG. 9 is a chart showing the relationship between the absolute flow angle α1 at the high
高圧タービンを流れる流体の流量、および低圧タービンを流れる流体の流量がともに零となる起動時作動点から、一定回転数にて、設計作動点に至る経路を想定するとき、高圧タービンを流れる流体の流量と、低圧タービンを流れる流体の流量との変化比率が（おおよそ）同じ割合で変化し、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分、および高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分が同じ割合で増加した場合、図９中に上に凸の実線で示した運用経路を通って流量が増加し、同時に出力が増加して、高圧タービンおよび低圧タービンがともに安定な定常運転作動点に至る。そして、その経路の中で、例えば、図９に○（白抜き丸印）で示すように、流量が２／３になった場合には、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流れ角が（おおよそ）３０度になり、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流れ角は（おおよそ）４５度になる。
When assuming a path from the starting operating point where the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine are both zero to the design operating point at a constant rotation speed, the flow of the fluid flowing through the high-pressure turbine The rate of change between the flow rate and the flow rate of the fluid flowing through the low pressure turbine changes at (approximately) the same rate, the axial velocity component of the absolute flow velocity at the low
また、この間の出力変化に応じて出力で規定した部分負荷運転における作動点が定まる。
しかしながら、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分と、高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分とを一致させて運用すると、従来のラジアルタービンに低沸点媒体を流したときと同様、高圧タービンを流れる流体の流れ、および低圧タービンを流れる流体の流れがともに不安定となり、「流れの脈動」が発生するおそれがある。
Further, the operating point in the partial load operation defined by the output is determined according to the output change during this period.
However, if the axial velocity component of the absolute flow velocity at the low
ここで、従来のラジアルタービンにおける図２４に示す低流量時の蛇行する流れの領域は、渦が竜巻状に発生したもので、時間平均で見た場合に局所的な逆流を伴う剥離域であり、竜巻状の渦が、ハブ１４の端面に付着する流れ場を形成している。これは、低流量では、低圧タービン出口２４Ｂにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分、および高圧タービン出口２４Ａにおける絶対流れの流速の軸方向の速度成分が一様であるものの、絶対流れの流速の旋回方向の速度成分が大きくなると、高圧タービン出口２４Ａおよび低圧タービン出口２４Ｂの下流にて遠心力による流れが半径外側に移動する力として働き、流れがケーシング側に押し付けられて、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域ができるからである。そして、流れの脈動は、この回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が高速で旋回し、流れが不安定になることにより発生する。
Here, the region of the meandering flow at the low flow rate shown in FIG. 24 in the conventional radial turbine is a vortex generated in a tornado shape, and is a separation region with local backflow when viewed on a time average basis. The tornado-like vortex forms a flow field that adheres to the end face of the
そこで、本実施形態では、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６を運用することにより、高圧タービンを流れる流体と、低圧タービンを流れる流体との間に、速度差を作り出し、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのを防止している。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the high-pressure turbine is (approximately) 10% or more of the average axial flow velocity, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the low-pressure turbine. Is a combination of less than (approximately) 10% of the average flow velocity, or as shown in FIG. 11, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the high pressure turbine is less than (approximately) 10% of the average axial flow velocity. In addition, by operating the two-pressure
このように、高圧タービンを流れる流体と、低圧タービンを流れる流体との間の速度差を２０％以上（±１０％以上）に設定すると、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度と、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度との比は（おおよそ）８０％以下となり、軸方向における運動量の比は、その２乗の（おおよそ）６４％以下、おおよそ半分になり、その運動量の差は、回転軸１２の回転軸線近傍において発生する剥離域をカバーする領域まで維持されることになるので、ハブ１４の端面から下流側に向かって、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのを防止することができ、安定な流れを保つことができる。
As described above, when the speed difference between the fluid flowing through the high-pressure turbine and the fluid flowing through the low-pressure turbine is set to 20% or more (± 10% or more), the average axial flow speed of the fluid flowing through the high-pressure turbine is reduced. The ratio of the average axial velocity of the fluid flowing through the cylinder is (approximately) 80% or less, the ratio of momentum in the axial direction is approximately (approximately) 64% of the square, approximately half, and the difference in the momentum is Since the region that covers the separation region that occurs in the vicinity of the rotation axis of the
なお、回転軸１２の回転軸線近傍に剥離域が自然発生するのをより防止して、安定な流れを保つことができるようにするには、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにするよりも、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにして二圧式ラジアルタービン６を運用することが好ましい。
In order to prevent a separation zone from occurring naturally in the vicinity of the rotation axis of the
また、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６では、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにして、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
Further, in the two-pressure
つぎに、図１２および図１６を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例I（運用例I）を説明する。
まず、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、図中に（１）で示すアイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
Next, a schedule example I (operation example I) at the time of starting the two-pressure
First, while maintaining the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine at 0 (zero), the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and idling indicated by (1) in the figure, The motor is operated at a predetermined (target) rotational speed and in a no-load state (no output).
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、回転数を一定に保ちながら、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に（２）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、タービン出力を発生させて、図中に（３）で示す状態にする。
Next, with the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine kept at 0 (zero), the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased while keeping the rotation speed constant, and the state shown by (2) in the figure is obtained. .
Next, the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased to generate a turbine output. Set to the state shown.
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
Subsequently, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is kept constant, and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is further increased to a state indicated by (4) in the figure.
Next, while further increasing the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the rated operation is performed at the design operating point.
つぎに、図１３を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例II（運用例II）を説明する。
まず、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
Next, a schedule example II (operation example II) at the time of starting the two-pressure
First, while maintaining the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine at 0 (zero), the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and idling, that is, at a predetermined (target) rotational speed. And, it operates with no load (no output).
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、回転数を一定に保ちながら、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させるとともに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
Subsequently, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is kept at 0 (zero), and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is further increased while maintaining the rotation speed constant, thereby generating a turbine output.
Next, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is further increased.
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
Subsequently, the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is kept constant, and the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the state indicated by the white circles in the figure, that is, (4) in FIG. Set to the state shown in.
Next, while further increasing the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the rated operation is performed at the design operating point.
つぎに、図１４を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例III（運用例III）を説明する。
まず、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、図中に（１）で示すアイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
Next, a schedule example III (operation example III) at the time of starting the two-pressure
First, while maintaining the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine at 0 (zero), the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and idling indicated by (1) in the figure, The motor is operated at a predetermined (target) rotational speed and in a no-load state (no output).
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保ちながら、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、高圧タービンを流れる流体の流量を増加させるとともに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
Subsequently, while keeping the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine constant, the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate to generate a turbine output.
Next, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is increased, and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is further increased.
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
Subsequently, the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is kept constant, and the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the state indicated by the white circles in the figure, that is, (4) in FIG. Set to the state shown in.
Next, while further increasing the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the rated operation is performed at the design operating point.
つぎに、図１５を用いて、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の起動時におけるスケジュール例IV（運用例IV）を説明する。
まず、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）としたまま、低圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）で運転する。
Next, a schedule example IV (operation example IV) at the time of starting the two-pressure
First, while maintaining the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine at 0 (zero), the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate, and idling, that is, at a predetermined (target) rotational speed. And, it operates with no load (no output).
つづいて、低圧タービンを流れる流体の流量を一定に保ちながら、高圧タービンを流れる流体の流量を０（零）から所定の流量まで増加させ、タービン出力を発生させる。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させる。
Subsequently, while keeping the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine constant, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is increased from 0 (zero) to a predetermined flow rate to generate a turbine output.
Next, while further increasing the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased.
つづいて、高圧タービンを流れる流体の流量を一定に保つようにして、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、図中に白抜き丸印で示す状態、すなわち、図１２中に（４）で示す状態にする。
つぎに、低圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させるとともに、高圧タービンを流れる流体の流量をさらに増加させ、設計作動点において定格運転する。
なお、アイドリング、すなわち、所定（目的）の回転数で、かつ、無負荷の状態（出力無しの状態）は、高圧タービンと低圧タービンとを流れる流体の流量が、それぞれ所定の流量まで増加させた状態で達するように設定されてもよい。
Subsequently, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is kept constant, and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine is further increased, and the state indicated by the white circles in the figure, that is, (4) in FIG. Set to the state shown in.
Next, while further increasing the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine is further increased, and the rated operation is performed at the design operating point.
In idling, that is, at a predetermined (target) rotational speed and no load (no output), the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine and the low-pressure turbine is increased to a predetermined flow rate, respectively. It may be set to reach in a state.
そして、スケジュール例I〜IVのように、起動時における高圧タービンを流れる流体の流量、および低圧タービンを流れる流体の流量を増加させていくことにより、図９中に破線で示す「流れの脈動」が発生する可能性のある領域を通らずに起動から定格運転に、または定格運転から停止にもっていくことができる。 Then, as in schedule examples I to IV, by increasing the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine at the time of startup, “flow pulsation” indicated by a broken line in FIG. It is possible to go from the start to the rated operation or from the rated operation to the stop without passing through a region where the occurrence of the occurrence of the problem.
本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の運用方法によれば、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
According to the operation method of the two-pressure
また、本実施形態に係る二圧式ラジアルタービン６の運用方法によれば、別途特別な配管やバルブ等を新たに設けることなく、高圧ポンプの送出圧力および低圧ポンプの送出圧力をそれぞれ調整するだけで、または、第１のバルブの開度および第２のバルブの開度をそれぞれ調整するだけで、主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または主通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、従通路を流れる流体の平均軸流速度が、一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように、主通路を流れる流体の平均軸流速度および従通路を流れる流体の平均軸流速度をそれぞれ調整することができる。
これにより、エキスパンジョンタービンの作動流体として低沸点媒体が流された場合でも、圧力変動の振幅を小さくすることができて、構造的なトラブルを回避することができる。
Further, according to the operation method of the two-pressure
As a result, even when a low-boiling point medium is flowed as the working fluid of the expansion turbine, the amplitude of the pressure fluctuation can be reduced, and a structural trouble can be avoided.
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した実施形態では、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１７に示すような構成、すなわち、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管と、低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管とをバイパス管３１で接続するとともに、バイパス管３１の途中にバイパス（制御バルブ）３２を設けた構成とすることもできる。
図１７に示す構成では、主流入路１７に導かれる低沸点媒体の一部がバイパス管３１を介してバイパスバルブ３２に導かれ、このバイパスバルブ３２を通過する際に圧力がＰ１からＰ２に減圧された後、バイパス管３１、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管を介して従流入路２１に導かれることになる。
これにより、高圧タービンを流れる流体の流量を減少させ、その分、低圧タービンを流れる流体の流量を増加させることができる。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can also implement by changing and changing suitably as needed.
For example, in the above-described embodiment, the delivery pressure (outlet pressure) of a high-pressure pump (not shown) that sends (supply) the low boiling point medium to the
However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration as shown in FIG. 17, that is, a pipe connecting the high pressure pump and the
In the configuration shown in FIG. 17, a part of the low boiling point medium guided to the
As a result, the flow rate of the fluid flowing through the high-pressure turbine can be reduced, and the flow rate of the fluid flowing through the low-pressure turbine can be increased accordingly.
また、上述した実施形態では、図４に示すエキスパンジョンタービン４のノズル２３、および図５に示すエキスパンジョンタービン５のノズル２３が固定式とされ、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしている、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図１８および図１９に示すように、ノズル１９，２３をともに可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル１９，２３の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
In the embodiment described above, the
However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIGS. 18 and 19, both the
一方、図２０および図２１に示すように、ノズル２３を可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル２３の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
On the other hand, as shown in FIGS. 20 and 21, the
さらに、上述した実施形態では、図４に示すエキスパンジョンタービン４のノズル１９、および図５に示すエキスパンジョンタービン５のノズル１９が固定式とされ、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整するか、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしている、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしている。
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル１９を可変式のものとし、主流入路１７に低沸点媒体を送出する（供給する）高圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）、および従流入路２１に低沸点媒体を送出する（供給する）低圧ポンプ（図示せず）の送出圧力（出口圧力）をそれぞれ調整したり、または、高圧ポンプと主流入路１７とを接続する配管の途中に設けられた第１のバルブ（図示せず）の開度、および低圧ポンプと従流入路２１とを接続する配管の途中に設けられた第２のバルブ（図示せず）の開度をそれぞれ調整したりすることなく、ノズル１９の翼角度を調整することにより、図１０に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以上で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以下の組み合わせとなるようにしてもよい、または、図１１に示すように、高圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均軸流流速の（おおよそ）１０％以下で、かつ、低圧タービンを流れる流体の平均軸流速度が平均流速の（おおよそ）１０％以上の組み合わせとなるようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
However, the present invention is not limited to this, and the delivery pressure (outlet) of a high-pressure pump (not shown) for sending (supplying) the low-boiling-point medium to the
なお、ノズルは、圧力Ｐ２の低沸点媒体が通過するノズル２３の方が、圧力Ｐ１の低沸点媒体が通過するノズル１９よりも圧力が低くなる。そのため、ノズルの翼高さと、可変式にしたノズルとケーシング１１との間に生じた隙間との比率が等しいとしても、ノズル２３を可変式にした方がノズル２３で発生する損失が小さくなるので、ノズル１９を可変式のものとするよりも、ノズル２３を可変式のものとした方が好ましい。
In addition, the pressure of the
４ エキスパンジョンタービン
５ エキスパンジョンタービン
６ 二圧式ラジアルタービン
１１ ケーシング
１３ ラジアルタービンホイール
２４ タービン出口
２４Ａ 高圧タービン出口
２４Ｂ 低圧タービン出口
２５ 主通路
２６ 従通路
4
Claims (14)
前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整することを特徴とする二圧式ラジアルタービンの運用方法。 A method of operating a two-pressure radial turbine comprising a step of flowing two fluids having different pressures in each of a main passage and a sub passage constituted by a radial turbine wheel and a casing,
The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution formed at the outlet of the radial turbine wheel at the design flow rate, and the secondary passage is A combination in which the average axial flow velocity of the flowing fluid is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, or the average axial flow velocity of the fluid flowing in the main passage is the entire uniform flow velocity distribution. So that the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. A method for operating a two-pressure radial turbine, wherein the flow rate of fluid is adjusted.
前記主通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
When the fluid is fed into the main passage and activated, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the subordinate The average axial flow velocity of the fluid flowing through the passage reaches a steady operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. An operation method of the described two-pressure radial turbine.
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
The fluid is fed into the slave passage and activated, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, and the slave passage is activated. The average axial flow velocity of the fluid flowing through the passage reaches a steady operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. An operation method of the described two-pressure radial turbine.
前記主通路に流体を送入し、起動して、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
The fluid is fed into the main passage, activated, the fluid is fed into the slave passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. A normal operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage and approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The operation method of the two-pressure radial turbine according to claim 1, wherein
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至ることを特徴とする請求項１に記載の二圧式ラジアルタービンの運用方法。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
The fluid is fed into the follower passage, activated, the fluid is fed into the main passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is the mean axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. A normal operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage and approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The operation method of the two-pressure radial turbine according to claim 1, wherein
前記主通路の正面側または背面側に設けられ、前記主通路を流れる流体の圧力よりも低い圧力の流体が流れる従通路と、
前記主通路、および前記従通路に流入する流体によって駆動されるラジアルタービンホイールと、
前記ラジアルタービンホイールを収容するケーシングと、を備えた二圧式ラジアルタービンであって、
前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、設計流量において前記ラジアルタービンホイールの出口に形成される一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせ、または前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせとなるように流体の流量を調整することを特徴とする二圧式ラジアルタービン。 A main passage that gradually increases in blade height while curving from the turbine rotational radius direction to the turbine rotational axis direction;
A sub-passage that is provided on the front side or the back side of the main passage and through which a fluid having a pressure lower than the pressure of the fluid flowing through the main passage flows;
A radial turbine wheel driven by fluid flowing into the main passage and the secondary passage;
A casing that houses the radial turbine wheel, and a two-pressure radial turbine comprising:
The average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution formed at the outlet of the radial turbine wheel at the design flow rate, and the secondary passage is A combination in which the average axial flow velocity of the flowing fluid is approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution, or the average axial flow velocity of the fluid flowing in the main passage is the entire uniform flow velocity distribution. So that the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. A two-pressure radial turbine characterized by adjusting a flow rate of fluid.
前記主通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
After the fluid is fed into the main passage and activated to reach an unloaded condition, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. 10% or more, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage reaches a steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The two-pressure radial turbine according to claim 8, wherein the two-pressure radial turbine is operated as described above.
前記従通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
After the fluid is fed into the secondary passage and activated to reach an unloaded condition, the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is approximately the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. 10% or less, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the secondary passage reaches the steady operation point while maintaining a combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The two-pressure radial turbine according to claim 8, wherein the two-pressure radial turbine is operated as described above.
前記主通路に流体を送入し、起動して、無負荷の状態に達した後、前記従通路に流体を送入して、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上で、かつ、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
After the fluid is fed into the main passage and started to reach an unloaded state, the fluid is fed into the slave passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage is uniform. A combination of approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution and approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage. The two-pressure radial turbine according to claim 8, wherein the two-pressure radial turbine is operated so as to reach a steady operation point while maintaining
前記従通路に流体を送入し、起動して、前記主通路に流体を送入して、前記従通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以下で、かつ、前記主通路を流れる流体の平均軸流速度が、前記一様な流速分布全体の平均軸流流速のおおよそ１０％以上の組み合わせを維持しつつ、定常運用作動点に至るように運用されることを特徴とする請求項８に記載の二圧式ラジアルタービン。 In the path from the starting operation point where the flow rate of the main passage and the flow rate of the secondary passage are both zero to the steady operation point at a constant rotational speed,
The fluid is fed into the follower passage, activated, the fluid is fed into the main passage, and the average axial flow velocity of the fluid flowing through the follower passage is the mean axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. A normal operation operating point while maintaining a combination of approximately 10% or less of the average axial flow velocity of the fluid flowing through the main passage and approximately 10% or more of the average axial flow velocity of the entire uniform flow velocity distribution. The two-pressure radial turbine according to claim 8, wherein the two-pressure radial turbine is operated so as to reach
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