JP2016142209A - Vpc発電に使用するノズル構造 - Google Patents
Vpc発電に使用するノズル構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016142209A JP2016142209A JP2015019666A JP2015019666A JP2016142209A JP 2016142209 A JP2016142209 A JP 2016142209A JP 2015019666 A JP2015019666 A JP 2015019666A JP 2015019666 A JP2015019666 A JP 2015019666A JP 2016142209 A JP2016142209 A JP 2016142209A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- power generation
- nozzles
- turbine
- outer peripheral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
【課題】VPC発電において、作動媒体により作動させるタービンを安定的に運転できるVPC発電に使用するノズル構造の提供。
【解決手段】ハウジング2内に配置したノズルプレート4の外周面に、入口41aが配列された複数のノズル41と、ハウジング2の内周面と前記ノズルプレート4の外周面との間に設けられ、作動媒体が導入される環状流路5とを有し、ノズルノズルプレート4内のノズル出口41bに配置したタービンロータ3のタービン羽根に向けて作動流体を噴出させ、タービンロータ3を回転させるVPC発電に使用するノズル構造において、前記ノズルプレート4の外周面に沿って設けている一部のノズル41の1、又は複数のノズルの入口にノズル遮蔽口42を設けると共に、前記各ノズル遮蔽口42の開放位置と遮蔽位置との間で移動させるノズル遮蔽弁6を前記ハウジング2に備える。
【選択図】図1
【解決手段】ハウジング2内に配置したノズルプレート4の外周面に、入口41aが配列された複数のノズル41と、ハウジング2の内周面と前記ノズルプレート4の外周面との間に設けられ、作動媒体が導入される環状流路5とを有し、ノズルノズルプレート4内のノズル出口41bに配置したタービンロータ3のタービン羽根に向けて作動流体を噴出させ、タービンロータ3を回転させるVPC発電に使用するノズル構造において、前記ノズルプレート4の外周面に沿って設けている一部のノズル41の1、又は複数のノズルの入口にノズル遮蔽口42を設けると共に、前記各ノズル遮蔽口42の開放位置と遮蔽位置との間で移動させるノズル遮蔽弁6を前記ハウジング2に備える。
【選択図】図1
Description
本発明はVPC発電に使用するノズル構造に関し、詳しくは、VPC発電で使用するタービン内で作動媒体を効果的に利用する為の機構を備えたVPC発電に使用するノズル構造に関する。
VPC発電装置は、中低温熱源の有効利用を目的として、中低温熱源との熱交換媒体として、代替フロンであるR134a、R245faなどの低沸点の有機媒体を利用する発電装置である。
熱交換器を通して加熱した有機媒体は、ノズルを経由して熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、ロータ羽根に吹き付けることによりロータ軸に接続された発電機を駆動する。そして、ノズル上流の作動媒体がガス、気液二相流及び液体の3種類の相に対応した最適なノズル及び羽根形状が利用でき、更に超臨界条件にも対応できることからその適用範囲は広い。
熱交換器を通して加熱した有機媒体は、ノズルを経由して熱エネルギーを運動エネルギーに変換し、ロータ羽根に吹き付けることによりロータ軸に接続された発電機を駆動する。そして、ノズル上流の作動媒体がガス、気液二相流及び液体の3種類の相に対応した最適なノズル及び羽根形状が利用でき、更に超臨界条件にも対応できることからその適用範囲は広い。
上述の作動媒体を利用する発電において、速度を持って流れる作動媒体を、タービンロータのタービン羽根に対して所定の角度で配置されたノズルから噴出させ、そのときの衝撃力によりタービンを回転させる構造で、このときの回転によって、直結した発電機を回転させ発電を行う。
従来タービンにおいて、熱源流体が変動した場合には、例えば特許文献1の技術では、エンジン用ターボチャージャの排気タービンとして使用する例であるが、タービンに使用する流体速度の変動に対し、別々に傾動可能な第1、第2のベーンを調整して流量を調整する技術が開示されている。
従来タービンにおいて、熱源流体が変動した場合には、特許文献1に示している技術では、流体が少ない場合には第1のベーンのみを駆動することでノズル開度を制御して過給効果を得ることによりタービンの回転を安定させるものである。
これに対し、VPC発電に用いるタービンにおいて、例えば、温泉熱、地熱等を用いて熱回収を行う際に、熱源が変動したり、大気温度の変動により、作動媒体の圧力に変動が生じることがある。このような場合に作動媒体は、熱源負荷変動によって、気体、液体の状態変化が生じ、適切なタービンロータの回転を維持できなくなる場合がある。すなわち、作動媒体は、熱源の大小による圧力の変動が大きいため、タービンの回転力が大幅に変動する可能性がある。
上述の従来例に示す特許文献1に示している技術では、タービンに供給する流体量を増減することで、タービンを安定させることができる。しかし、VPC発電装置においては、加熱した作動媒体は、原則的に全量をタービンに供給している。このため、作動媒体の熱源の熱量が大きい場合は問題が少ないが、熱量が小さくなる場合には、供給する作動媒体の絶対量が減ってしまい、各ノズルに供給される作動媒体の圧力が減って、タービンの安定した運転をすることができない。
そこで、本発明は、VPC発電において、使用する作動媒体により作動させるタービンを安定的に運転できるVPC発電に使用するノズル構造を提供することを課題とする。
また、本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.ハウジング内に配置したノズルプレートと、
前記ノズルプレートの外周面に入口が配列された複数のノズルと、
前記ハウジングの内周面と前記ノズルプレートの外周面との間に設けられ、作動媒体が導入される環状流路とを有し、
前記ノズルノズルプレート内のノズル出口に配置したタービンロータのタービン羽根に向けて作動流体を噴出させることにより、前記タービンロータを回転させるVPC発電に使用するノズル構造において、
前記ノズルプレートの外周面に沿って設けている一部のノズルの1又は2以上のノズルの入口にノズル遮蔽口を設けると共に、
前記各ノズル遮蔽口の開放位置と遮蔽位置との間で移動させるノズル遮蔽弁を前記ハウジングに備えることを特徴とするVPC発電に使用するノズル構造。
前記ノズルプレートの外周面に入口が配列された複数のノズルと、
前記ハウジングの内周面と前記ノズルプレートの外周面との間に設けられ、作動媒体が導入される環状流路とを有し、
前記ノズルノズルプレート内のノズル出口に配置したタービンロータのタービン羽根に向けて作動流体を噴出させることにより、前記タービンロータを回転させるVPC発電に使用するノズル構造において、
前記ノズルプレートの外周面に沿って設けている一部のノズルの1又は2以上のノズルの入口にノズル遮蔽口を設けると共に、
前記各ノズル遮蔽口の開放位置と遮蔽位置との間で移動させるノズル遮蔽弁を前記ハウジングに備えることを特徴とするVPC発電に使用するノズル構造。
2.タービンロータのタービン羽根に向けて噴出させる作動流体の供給圧の低下にしたがって、前記ノズルプレートの外周面に沿って設けている一部のノズルの1又は2以上のノズルの入口にノズル遮蔽弁を作動させることを特徴とする請求項1記載のVPC発電に使用するノズル構造。
本発明によれば、VPC発電において、熱源が変動したり、大気温度の変動により、作動媒体の圧力に変動が生じる場合であっても、タービンを安定的に運転できるVPC発電に使用するノズル構造を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係るノズル構造の使用状態を示すもので、一部切り欠き斜視図、図2は図1の背面下方から見た使用状態を示す一部切り欠き斜視図、図3は本発明に係るノズル構造の使用状態を示す背面説明図、図4は図1の(iv)-( iv)線に沿う説明図、図5(a)は図3の(v)-(v)線に沿う断面図、図5(b)は図5(a)の(vb)-(vb)線に沿う断面図、図6(a)は図3の(vi)-(vi)線に沿う断面図、(b)は、図6の(vib)-(vib)線に沿う断面図である。
VPC発電に使用するタービンは、ハウジング2に、タービンロータ3と、タービンロータ3に向けて作動媒体を噴出させる複数のノズル41を有するノズルプレート4と、ノズル41に流入させる作動媒体の環状流路5とを有しており、タービンロータ3の回転により不図示の発電機を回動させる構成となっている。
ハウジング2は、タービンロータ3と同軸状に配置された2枚の環状板部21、22と、該環状板部21、22の外周側をつなぐように設けられた円筒板部23とを有し、その内側にタービンロータ3とノズルプレート4を収容している。
ノズルプレート4は、タービンロータ3と同軸状に配置された略円柱状に形成されており、ハウジング2の環状板部21、22の間に配置されている。
タービンロータ3が配置される側のノズルプレート4の端面には円形凹部42が形成されており、この円形凹部42内にタービンロータ3が配置されている。
タービンロータ3が配置される側のノズルプレート4の端面には円形凹部42が形成されており、この円形凹部42内にタービンロータ3が配置されている。
ノズルプレート4に設けている複数のノズル41は、図4点線に示すように、タービンロータ3のタービン羽根31に対して所定の角度で作動媒体を噴出させる位置に配置し、ノズル41の入口41aは、ノズルプレート4の外周面43にそれぞれ開口し、その外周面43の周方向に沿って一定の間隔で配列されている。
また、ノズル41の出口41bは、前記円形凹部42の底面に開口し、周方向に沿って一定の間隔で配列されて、この出口41bから作動媒体が排出する構成となっている。
また、ノズル41の出口41bは、前記円形凹部42の底面に開口し、周方向に沿って一定の間隔で配列されて、この出口41bから作動媒体が排出する構成となっている。
また、周方向に沿って設けられている一部のノズル41の1個、又は複数個の入口41aに、ノズル遮断口44を設けている。そして、このノズル遮断口44にノズル遮蔽部材6のノズル遮断弁61は、前記ノズル遮蔽口44を開放位置と遮断位置を移動可能に、軸方向に沿って移動可能に設けている。
また、前記ノズル遮蔽部材6は、2本の支持ロッド62が連結されている。この支持ロッド62は、環状板部21を貫通し、ノズルプレート4を挟んでタービンロータ3の反対側に配置された移動機構7のステー71に固定されている。支持ロッド62が貫通している環状板部21には、貫通部位をシールするためのロッドシール63がそれぞれ設けられている。
ノズル遮断弁61の開閉は、前記ピストンロッド72の伸縮により支持ロッド62の移動により行われ、各ノズル遮断弁61の状態は、図2に示している。そして、ノズル遮断弁61の遮断状態は、図5に、開放状態は図6に示している。
また、ノズル遮蔽部材6を設けるノズルの位置に関しては、特に限定するものではなく、適宜位置のノズル41の入口41aに設ける。また、ノズル遮蔽部材6を設ける数は、上述実施例では3個に設けているが、熱量の変動量を考慮して設ける。
なお、図中8は、ノズルプレート4の外周部43に有する全てのノズル入口41aを閉じるための、緊急ノズル遮断部材で、前記ノズル遮断弁61を外周側に設けている緊急ノズル遮断弁81により、ノズル入口41aを遮断可能としている。
導入部51から環状流路5内に作動媒体が導入されると、各ノズル41の入口41aに流入した作動媒体が、ノズル41の出口41bからタービンロータ3のタービン羽根31に向けて噴出し、タービンロータ3を回転させる。これにより、タービンロータ3に連結される不図示の発電機を回転させ、発電が行われる。
このような状態において、温泉熱、地熱等の熱源が変動したり、大気温度の変動により、作動媒体への熱量が変動し、作動媒体の圧力に変動が生じることがある。このような場合に作動媒体は、熱源負荷変動によって、気体、液体の状体変化が不安定となる。このような作動媒体を、ノズル41に供給しても、適切な二相流の作動媒体とはならず、所望のトルクを得ることができない。
そこで、作動媒体の圧力に応じてノズル遮蔽部材6を、1箇所又は複数箇所作動させる。例えば作動媒体の圧力が定格の12.5%減ったときに一個のノズル遮断部材6を作動させることで、環状流路6内の圧力を12.5%高めることができ、適正な圧力の作動媒体を得ることができ、安定したタービンの回転を得ることができた。
2:ハウジング
21:環状板部
22:ノズル遮断プレート収納孔
23:環状板部
24:円筒板部
3:タービンロータ
4:ノズルプレート
41:ノズル
41a:入口
41b:出口
42:ノズル遮断口
43:円形凹部
44:外周面
5:環状流路
51:導入部
6:ノズル遮蔽部材
61:ノズル遮断弁
62:支持ロッド
63:ロッドシール
7:移動機構
71:ステー
72:シリンダー
73:ガイドロッド
8:緊急ノズル遮蔽部材
81:緊急ノズル遮蔽弁
21:環状板部
22:ノズル遮断プレート収納孔
23:環状板部
24:円筒板部
3:タービンロータ
4:ノズルプレート
41:ノズル
41a:入口
41b:出口
42:ノズル遮断口
43:円形凹部
44:外周面
5:環状流路
51:導入部
6:ノズル遮蔽部材
61:ノズル遮断弁
62:支持ロッド
63:ロッドシール
7:移動機構
71:ステー
72:シリンダー
73:ガイドロッド
8:緊急ノズル遮蔽部材
81:緊急ノズル遮蔽弁
Claims (2)
- ハウジング内に配置したノズルプレートと、
前記ノズルプレートの外周面に入口が配列された複数のノズルと、
前記ハウジングの内周面と前記ノズルプレートの外周面との間に設けられ、作動媒体が導入される環状流路とを有し、
前記ノズルプレート内のノズルの出口に配置したタービンロータのタービン羽根に向けて作動流体を噴出させることにより、前記タービンロータを回転させるVPC発電に使用するノズル構造において、
前記ノズルプレートの外周面に沿って設けている一部のノズルの1又は2以上のノズルの入口にノズル遮蔽口を設けると共に、
前記各ノズル遮蔽口の開放位置と遮蔽位置との間で移動させるノズル遮蔽弁を前記ハウジングに備えることを特徴とするVPC発電に使用するノズル構造。 - タービンロータのタービン羽根に向けて噴出させる作動流体の供給圧の低下にしたがって、前記ノズルプレートの外周面に沿って設けている一部のノズルの1又は2以上のノズルの入口にノズル遮蔽弁を作動させることを特徴とする請求項1記載のVPC発電に使用するノズル構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015019666A JP2016142209A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Vpc発電に使用するノズル構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015019666A JP2016142209A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Vpc発電に使用するノズル構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016142209A true JP2016142209A (ja) | 2016-08-08 |
Family
ID=56569044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015019666A Pending JP2016142209A (ja) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Vpc発電に使用するノズル構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016142209A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11466645B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-10-11 | Ihi Corporation | Rocket-engine turbopump |
-
2015
- 2015-02-03 JP JP2015019666A patent/JP2016142209A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11466645B2 (en) | 2018-02-27 | 2022-10-11 | Ihi Corporation | Rocket-engine turbopump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20140314549A1 (en) | Flow manipulating arrangement for a turbine exhaust diffuser | |
EP3187694B1 (en) | Passive flow modulation devices and gas turbine cooling system comprising such devices | |
US20150345376A1 (en) | Variable geometry exhaust gas turbocharger | |
US9963994B2 (en) | Method and apparatus for clearance control utilizing fuel heating | |
US20170037730A1 (en) | Gas turbine | |
CN103003526B (zh) | 具有内部冷却装置的汽轮机 | |
DK3277994T3 (en) | ENERGY RECOVERY FLOW CONTROL VALVES | |
CN103195501A (zh) | 涡轮组件和用于减小涡轮构件之间的流体流的方法 | |
JP2016125496A (ja) | ガスタービンのシール | |
JP6640517B2 (ja) | シーリングセグメント | |
US11028724B2 (en) | Partial admission operation turbine apparatus for improving efficiency of continuous partial admission operation and method for operating turbine apparatus using same | |
EP2882938B1 (en) | Turbine assembly | |
CN103717838B (zh) | 包括推力平衡活塞的蒸汽轮机 | |
EP2873804A1 (en) | Steam turbine equipment | |
JP2016142209A (ja) | Vpc発電に使用するノズル構造 | |
KR102133491B1 (ko) | 터빈을 이용한 발전장치 및 모터를 이용한 압축장치 | |
CN102197195B (zh) | 具有冷却嵌件的燃气涡轮机 | |
KR20050093002A (ko) | 축류형 다단터빈 | |
US20130170960A1 (en) | Turbine assembly and method for reducing fluid flow between turbine components | |
KR102567540B1 (ko) | 터빈 | |
JP6122346B2 (ja) | タービンエンジン圧縮機の温度を制御する方法およびタービンエンジンの圧縮機 | |
US20180023412A1 (en) | Radial centrifugal turbomachine | |
KR101530354B1 (ko) | 변형 가능한 프리스윌노즐이 구비된 가스터빈 | |
GB2463660A (en) | Radial flow turbine | |
KR20160028710A (ko) | 스크롤 팽창기 |