JP2017120060A - 復水器の循環水管構造及びタービンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】復水器に接続される循環水管に外部からの影響で生じる変位を効果的且つ簡易的に吸収すること。【解決手段】スプリング基礎によって支持される復水器２に循環水管５が接続される。循環水管５は、第１開口及び第２開口を有する主管部５１と、主管部５１から分岐し先端に第３開口が形成される分岐管部５２と、を有するＴ字型に形成され、前記第３開口が復水器２に下方から接続される下流側水管５０Ｄを有する。前記第１開口に、第１エキスパンションジョイント６１を介して上流側水管５０Ｕが接続される。前記第２開口に、第２エキスパンションジョイント６２を介して閉鎖管５０Ｍが接続される。上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとが、主管部５１の軸方向に沿って延びるタイロッドボルト７０によって連結され、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における離間が規制されている。【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、復水器の循環水管構造及びタービンシステムに関する。

発電プラントに設置されるタービンや復水器をスプリング基礎によって支持する構造が知られている。スプリング基礎は、スプリングを介在させてタービン又は復水器を弾性的に支持する基礎を意味する。一般に、復水器は、タービンの下方に配置され、上方から蒸気を受け入れる。この場合に、タービンへの反力低減やタービン用基礎の簡素化のために、タービンのスプリング基礎と復水器のスプリング基礎とを組み合わせることがある。

図１は、タービン及び復水器の各基礎が組み合わされた一般的な発電プラントの一部を示している。図１において、タービン１及びタービン１の下面に接続された復水器２は、復水器２の下面と設置面Ｆとの間に配置された復水器用スプリング基礎３によって支持されている。またタービン１は、復水器２の周囲に配置されたタービン用スプリング基礎４によっても支持されている。タービン用スプリング基礎４は、復水器２の周囲に設置されて上方に立ち上がる複数の脚部４ａと、各脚部４ａの上面に配置されたスプリング４ｂと、各スプリング４ｂに跨がって配置され且つタービン１に下方から接する架台４ｃと、を有する。また図１において、符号２ｂは復水器２の水室を示し、符号５は水室２ｂに下方から接続されたＬ字型の循環水管を示している。

復水器２は、運転中の熱の影響で数十ｍｍ伸びる場合があるが、図１に示される構造では、この伸びを復水器用スプリング基礎３によって抑制できる。また地震発生時には、設置面Ｆが水平方向に繰り返し振動する場合があり、地震が大規模であれば数十ミリの振幅が生じ得る。しかしながら、復水器用スプリング基礎３及びタービン用スプリング基礎４のスプリングが水平方向に変位することによって、復水器２及びタービン１へ振動は伝わらず、又は、復水器２及びタービン１へ伝わる振動は抑制されるため、復水器２及びタービン１が変位しないか、又は、復水器２及びタービン１の変位を抑制できる。

復水器２及びタービン１が変位する際には、上述のようにスプリング基礎３，４によって復水器２及びタービン１の変位が抑制された場合であっても、復水器２の水室２ｂに接続された循環水管５において変位が生じる。このような変位によって生じる悪影響を抑制するために、比較的小型のタービンにおける循環水管５は、一般に、柔軟性を有するように形成されることで、復水器２等の変位の影響に耐え得るように設計される。一方、大型のタービンでは、例えば循環水管５が２０００ｍｍ程度といった大径となることで、柔軟性を有するように形成することが困難となる。

この対策として、図１に示す構造では、循環水管５が複数の管部に分割され、上下方向で分割された管部の間にエキスパンションジョイント６ａが設けられ、水平方向で分割された管部の間にエキスパンションジョイント６ｂが設けられている。これらエキスパンションジョイント６ａ，６ｂの軸方向及び径方向の変形によって、図１に示す循環水管５では、復水器２の伸び等の影響で生じる変位を吸収することが可能となっている。

特開２０００−２０５４８９号公報

上述のエキスパンションジョイント６ａ，６ｂはゴム等の柔らかい材質で形成される場合、変位を効果的に吸収できる一方で、内部圧力によって生じる推力Ａにより伸びきってしまう虞がある。特に直径２０００ｍｍ程度といった大径の循環水管５の場合、エキスパンションジョイント６ａ，６ｂに生じる推力Ａは、数百トンレベルとなり得るため、エキスパンションジョイント６ａ，６ｂが伸びきってしまう確率が高まる。そのため、図１においては、循環水管５の隣接する管部の間に跨がるように設けられるタイロッドボルト７によって、エキスパンションジョイント６ａ，６ｂの伸びを抑制している。

しかしながら、上述のタイロッドボルト７は、循環水管５が軸方向に伸びる際のエキスパンションジョイント６ａ，６ｂによる変位吸収機能を阻害するため、図１に示す構造では、上下方向に伸びる管部の上方への変位が吸収され難くなる。この場合、水平方向上を延びる管部間に設けられたエキスパンションジョイント６ｂが径方向に変形することで上方への変位を吸収するが、このエキスパンションジョイント６ｂには大きい負荷がかかる虞がある。一方で、エキスパンションジョイント６ｂは、タイロッドボルト７によって水平方向における変位吸収能力を阻害される。そのため、図１に示す構造は、循環水管５と設置面Ｆとの間に水管用スプリング基礎８が設けられ、これにより水平方向の変位を吸収し得るように構成されている。しかしながら、これは、構成部品の増加によって構造の煩雑化を生じさせる。

またタイロッドボルト７は、一般に、循環水管５の隣接する管部のそれぞれに形成されるフランジの間に跨がるように設置され、各フランジの外側でナットを設けられることで伸びを規制するが、推力Ａが過大となる場合には、フランジを重厚に構成する必要がある。しかしながら、図１に示される循環水管５では、特に上下方向に伸びる管部が比較的短く且つ復水器２、特にその水室２ｂに近接している。このことから、周辺からのスペースの制約があり、十分に重厚なフランジを設置できず、過大な推力Ａに耐え得る剛性を十分に確保することが困難となる状況が生じ得る。また、タイロッドボルト７の長さ寸法を短くせざるを得ず、エキスパンションジョイント６ａが径方向に変位する際に、タイロッドボルト７が許容され得る傾斜状態まですぐに傾いてしまい、径方向の変位を適切に吸収することが困難となる状況も生じ得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、復水器に接続される循環水管に外部からの影響で生じる変位を効果的且つ簡易的に吸収することができる復水器の循環水管構造及びタービンシステムを提供することを目的とする。

実施の形態による復水器の循環水管構造は、スプリング基礎によって支持される復水器に接続される循環水管と、前記循環水管を支持する水管用基礎と、を備える。前記循環水管は、互いに対向する第１開口及び第２開口を有する主管部と、前記主管部における前記第１開口及び前記第２開口の間の領域から分岐し、先端に第３開口が形成される分岐管部と、を有するＴ字型に形成され、前記第３開口が前記復水器に下方から接続される下流側水管と、前記第１開口に接続され、前記下流側水管に水を供給するための上流側水管と、前記第２開口に接続され、当該第２開口に接続される開口とは反対側の端部が閉鎖された閉鎖管と、を有する。前記第１開口と前記上流側水管とは、第１エキスパンションジョイントによって接続され、前記第２開口と前記閉鎖管とは、第２エキスパンションジョイントによって接続されている。前記上流側水管と前記閉鎖管とが、前記主管部の軸方向に沿って延びる連結部材によって連結され、前記連結部材は、前記上流側水管と前記閉鎖管との軸方向における離間を規制する状態で前記上流側水管と前記閉鎖管とを連結している。

実施の形態によるタービンシステムは、スプリング基礎によって支持される復水器と、前記復水器に接続される循環水管と、前記循環水管を支持する水管用基礎と、を備える。前記循環水管は、互いに対向する第１開口及び第２開口を有する主管部と、前記主管部における前記第１開口及び前記第２開口の間の領域から分岐し、先端に第３開口が形成される分岐管部と、を有するＴ字型に形成され、前記第３開口が前記復水器に下方から接続される下流側水管と、前記第１開口に接続され、前記下流側水管に水を供給するための上流側水管と、前記第２開口に接続され、当該第２開口に接続される開口とは反対側の端部が閉鎖された閉鎖管と、を有する。前記第１開口と前記上流側水管とは、第１エキスパンションジョイントによって接続され、前記第２開口と前記閉鎖管とは、第２エキスパンションジョイントによって接続されている。前記上流側水管と前記閉鎖管とが、前記主管部の軸方向に沿って延びる連結部材によって連結され、前記連結部材は、前記上流側水管と前記閉鎖管との軸方向における離間を規制する状態で前記上流側水管と前記閉鎖管とを連結している。

本発明によれば、復水器に接続される循環水管に外部からの影響で生じる変位を効果的且つ簡易的に吸収することができる。

一般的な発電プラントの一部を示す図である。 一実施の形態に係る発電プラントにおけるタービンシステムを示す図である。 図２に示すタービンシステムの循環水管に設けられる連結部材としてのタイロッドボルトの設置状態を示す図である。 図２に示すタービンシステムの作用を説明する図である。

以下に、添付の図面を参照して一実施の形態を詳細に説明する。

図２は一実施の形態に係る発電プラントにおけるタービンシステムＳを示す図である。なお、本実施の形態における構成部分のうち図１で説明した構成部分と共通するものには、図１で用いた符号と同一の符号が付されている。

図２に示すように、本実施の形態に係るタービンシステムＳは、タービン１と、タービン１の車室１ａの下面に接続された復水器２と、復水器２の下面及び設置面Ｆの間に配置されたスプリング３ａによって復水器２を下方から弾性的に支持する復水器用スプリング基礎３と、復水器２の周囲に配置されタービン１をスプリング４ｂによって下方から弾性的に支持するタービン用スプリング基礎４と、復水器２に接続される循環水管５と、循環水管５を支持する水管用基礎８０と、を備えている。

復水器２は、車室１ａに接続して且つ連通する復水器本体２ａと、復水器本体２ａの側面に設けられた水室２ｂと、を有する。復水器本体２ａには、タービン１の車室１ａから排気された蒸気が流入する。水室２ｂには、上述の循環水管５が接続されている。車室１ａから流入した蒸気は、循環水管５から水室２ｂを通って復水器本体２ｂ内に配置される冷却部（図示省略）に供給される水によって冷却され、冷却された蒸気は、水となって図示しないボイラーに循環することになる。

復水器用スプリング基礎３は、タービン１及び復水器２の荷重を下方から支持し、タービン用スプリング基礎４は、タービン１をスプリング４ｂによって下方から支持する。したがって、タービン１の荷重は、復水器用スプリング基礎３及びタービン用スプリング基礎４によって支持されることになる。図２に示すように、タービン用スプリング基礎４は、復水器２を囲うように復水器２の周囲に設置されて設置面Ｆから上方に立ち上がる複数の脚部４ａと、各脚部４ａの上面に配置されたスプリング４ｂと、各スプリング４ｂに跨がって配置され且つタービン１に下方から接する架台４ｃと、を有している。

循環水管５は、下流側水管５０Ｄと、上流側水管５０Ｕと、閉鎖管５０Ｍと、を有している。下流側水管５０Ｄは、互いに対向する第１開口５１ａ及び第２開口５１ｂを有する主管部５１と、主管部５１における第１開口５１ａ及び第２開口５１ｂの間の領域から分岐し、先端に第３開口５１ｃが形成される分岐管部５２と、を有するＴ字型に形成され、第３開口５１ｃが水室２ｂに下方から接続されている。上流側水管５０Ｕは、第１開口５１ａに接続され、下流側水管５０Ｄに水を供給するために設けられている。閉鎖管５０Ｍは、第２開口５１ｂに接続され、当該第２開口５１ｂに接続される開口とは反対側の端部が閉鎖されている。

図示の例では、分岐管部５２は、管本体５２ａと、管本体５２ａの下流側の外周面から張り出する環状の下流管側フランジ５２ｂと、を有する。この下流管側フランジ５２ｂが、復水器２の水室２ｂに設けられて下方に延びる連結管２ｃに形成された連結側フランジ２ｄにボルト等の締結部材２ｅによって締結されている。これにより、下流側水管５０Ｄと水室２ｂとが接続されている。

また下流側水管５０Ｄの第１開口５１ａと上流側水管５０Ｕとは、第１エキスパンションジョイント６１によって接続され、下流側水管５０Ｄの第２開口５１ｂと閉鎖管５０Ｍとは、第２エキスパンションジョイント６２によって接続されている。各エキスパンションジョイント６１，６２は、この例において、ゴムから形成されるベローズとして構成されている。

各エキスパンションジョイント６１，６２が内部圧力によって生じる推力により伸びきってしまうことを防止するべく、本実施の形態では、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとが、主管部５１の軸方向に沿って延びる複数の連結部材としてのタイロッドボルト７０によって連結されている。タイロッドボルト７０は、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における離間を規制或いは制限する状態で上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとを連結することにより、各エキスパンションジョイント６１，６２が推力によって伸びきってしまうことを防止している。

一方で、これらタイロッドボルト７０は、各エキスパンションジョイント６１，６２の外部からの影響による伸縮については許容し、これにより上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における変位を許容するようになっている。さらにタイロッドボルト７０は、許容され得る軸方向に対する傾斜状態までの各エキスパンションジョイント６１，６２の径方向での変形を許容し、これにより上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの径方向における移動を所定範囲まで許容するようになっている。

図３はタイロッドボルト７０の設置状態を示している。同図に示すように、上流側水管５０Ｕは、管本体５０Ｕａと、管本体５０Ｕａの下流側の外周面から径方向外側に突出する第１接続用フランジ５０Ｕｂと、を有する。一方で、閉鎖管５０Ｍは、管本体５０Ｍａと、管本体５０Ｍａの外周面から径方向外側に突出する第２接続用フランジ５０Ｍｂと、を有する。そしてタイロッドボルト７０は、第１接続用フランジ５０Ｕｂと第２接続用フランジ５０Ｍｂの各々に貫通した状態で、第１接続用フランジ５０Ｕｂと第２接続用フランジ５０Ｍｂとを連結している。

詳しくは、図示のタイロッドボルト７０は、少なくとも両端部がボルト部分として形成されて、主管部５１の軸方向に延びるように配置されるロッド本体７１と、各ボルト部分に設けられるナット７２ａ，７２ｂ，７３ａ，７３ｂと、を有し、一方のボルト部分が第１接続用フランジ５０Ｕｂに貫通し、他方のボルト部分が第２接続用フランジ５０Ｍｂに貫通する状態に配置されている。そして、第１接続用フランジ５０Ｕｂを貫通した一方のボルト部分に、第１接続用フランジ５０Ｕｂを挟んで外側からナット７２ａが設けられ、内側からナット７２ｂが設けられるとともに、第２接続用フランジ５０Ｍｂを貫通した他方のボルト部分に、第２接続用フランジ５０Ｍｂを挟んで外側からナット７３ａが設けられ、内側からナット７３ｂが設けられている。これにより、タイロッドボルト７０は、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における離間を規制或いは制限する状態で上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとを連結している。

また図２に示すように、本実施の形態における水管用基礎８０は、循環水管５を下方から支持する例えばコンクリートや金属からなる剛体の基礎となっている。図示の例では、水管用基礎８０が、上流側水管５０Ｕと設置面Ｆとの間に配置された第１基礎部８１と、閉鎖管５０Ｍと設置面Ｆとの間に配置された第２基礎部８２と、を有している。しかしながら、このような基礎部の数は、特に限定されるものではない。また水管用基礎８０は、スプリングを有し、スプリングを循環水管５に固定し且つ当該スプリングによって循環水管５を下方から弾性的に支持する構成を有していてもよい。また水管用基礎８０は、循環水管５の側面を支持することで循環水管５の荷重を支持してもよい。

次に本実施の形態にかかる作用について説明する。

タービン１の運転時には、復水器２の復水器本体２ａに、タービン１の車室１ａから排気された蒸気が流入する。一方、冷却用の水が、循環水管５から水室２ｂを通って復水器本体２ｂ内に配置される冷却部（図示省略）に供給される。これにより、車室１ａから流入した蒸気は、上述の冷却部に供給される水によって冷却される。

この際、循環水管５では、通流する水の圧力による推力によって、第１エキスパンションジョイント６１及び第２エキスパンションジョイント６２が伸びようとする。しかしながら、タイロッドボルト７０が、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における離間を規制する状態で上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとを連結することで、各エキスパンションジョイント６１，６２が伸びきってしまうことが防止される。

本実施の形態では、図４に示すように、各エキスパンションジョイント６１，６２及びタイロッドボルト７０が、循環水管５の水平方向に軸方向が沿う部分である上流側水管５０Ｕ、下流側水管５０Ｄの主管部５１及び閉鎖管５０Ｍに設けられており、この部分は、比較的長く、且つ水室２ｂ等から離れていることで周辺からのスペースの制約が緩和される。そのため、タイロッドボルト７０の長さ寸法を大きく設定し易くなり、且つタイロッドボルト７０を設置するためのフランジの寸法及び個数の設計自由度が向上する。

そのため、第１接続用フランジ５０Ｕｂ及び第２接続用フランジ５０Ｍｂを重厚に形成し易くなり、本実施の形態では、各フランジ５０Ｕｂ，５０Ｍｂを例えば肉厚にして重厚に形成することで、これらに上述の推力に耐え得る十分な剛性が確保されている。これにより、各エキスパンションジョイント６１，６２には推力が生じないことで、上流側水管５０Ｕと閉鎖管５０Ｍとの軸方向における離間が生じることがない。その結果、上流側水管５０Ｕの主管部５１の第３開口５１ｃと水室２ｂとの接続部分が水平方向にずれることがないため、これらの間にエキスパンションジョイントやタイロッドボルトを設ける必要がなくなることで、構造を簡素化することが可能となる。また本実施の形態では、タイロッドボルト７０が比較的長く設定されていることにより、各エキスパンションジョイント６１，６２の径方向の変形が比較的広い範囲で適切に許容されるようになっている。

また復水器２が運転中の熱の影響で上下方向に伸びた際に循環水管５に生じる上下方向の変位は、第１エキスパンションジョイント６１及び第２エキスパンションジョイント６２の径方向の変形によって吸収される。ここで、２つのエキスパンションジョイント６１，６２によって変位が吸収されるため、一方のエキスパンションジョイントに大きい負荷がかかることが抑制される。さらに本実施の形態では、上述のようにタイロッドボルト７０が比較的長く設定されていることにより、各エキスパンションジョイント６１，６２の径方向の変形が比較的広い範囲で適切に許容されるため、これらエキスパンションジョイント６１，６２によって上下方向の変位を十分に吸収できる。

また復水器２の変位によって生じる循環水管５の水平方向の変位は、２つのエキスパンションジョイント６１，６２のうちの一方が伸長すると共に他方が収縮することにより、吸収される。このため、エキスパンションジョイント６１，６２の変形がタイロッドボルト７０によって阻害されることがないため、水管用基礎８０をスプリング基礎として構成しなくても、水平方向の変位を十分に吸収できる。これにより、構造を簡素化することが可能となる。なお、水管用基礎８０をスプリング基礎として構成した場合であっても、スプリングのストロークを抑えることが可能となるため、構造の簡素化を図ることは可能である。

以上のことから、本実施の形態によれば、復水器２に接続される循環水管５に外部（復水器２等）からの影響で生じる変位を効果的且つ簡易的に吸収することができる。

なお、上記の実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…タービン、１ａ…車室、２…復水器、２ａ…復水器本体、２ｂ…水室、２ｃ…連結管、２ｄ…連結側フランジ、２ｅ…締結部材、３…復水器用スプリング基礎、３ａ…スプリング、４…タービン用スプリング基礎、４ａ…脚部、４ｂ…スプリング、４ｃ…架台、５…循環水管、６ａ，６ｂ…エキスパンションジョイント、７，７０…タイロッドボルト、８…水管用スプリング基礎、５０Ｄ…下流側水管、５０Ｕ…上流側水管、５０Ｕａ…管本体、５０Ｕｂ…第１接続用フランジ、５０Ｍ…閉鎖管、５０Ｍａ…管本体、５０Ｍｂ…第２接続用フランジ、５１…主管部、５１ａ…第１開口、５１ｂ…第２開口、５１ｃ…第３開口、５２…分岐管部、５２ａ…管本体、５２ｂ…下流管側フランジ、６１…第１エキスパンションジョイント、６２…第２エキスパンションジョイント、８０…水管用基礎、８１…第１基礎部、８２…第２基礎部、Ｓ…タービンシステム、Ｆ…設置面。

Claims (6)

1. スプリング基礎によって支持される復水器に接続される循環水管と、
   前記循環水管を支持する水管用基礎と、を備え、
   前記循環水管は、
   互いに対向する第１開口及び第２開口を有する主管部と、前記主管部における前記第１開口及び前記第２開口の間の領域から分岐し、先端に第３開口が形成される分岐管部と、を有するＴ字型に形成され、前記第３開口が前記復水器に下方から接続される下流側水管と、
   前記第１開口に接続され、前記下流側水管に水を供給するための上流側水管と、
   前記第２開口に接続され、当該第２開口に接続される開口とは反対側の端部が閉鎖された閉鎖管と、を有し、
   前記第１開口と前記上流側水管とは、第１エキスパンションジョイントによって接続され、前記第２開口と前記閉鎖管とは、第２エキスパンションジョイントによって接続されており、
   前記上流側水管と前記閉鎖管とが、前記主管部の軸方向に沿って延びる連結部材によって連結され、前記連結部材は、前記上流側水管と前記閉鎖管との軸方向における離間を規制する状態で前記上流側水管と前記閉鎖管とを連結している、ことを特徴とする復水器の循環水管構造。
2. 前記上流側水管は、第１接続用フランジを有し、前記閉鎖管は、第２接続用フランジを有し、
   前記連結部材は、前記第１接続用フランジと第２接続用フランジとを連結している、請求項１に記載の復水器の循環水管構造。
3. 前記分岐管部は、下流管側フランジを有し、
   前記下流管側フランジは、前記復水器に設けられ下方に延びる連結管に形成された連結側フランジに締結部材によって締結されている、請求項１又は２に記載の復水器の循環水管構造。
4. 前記水管用基礎は、前記循環水管を下方から支持する剛体の基礎である、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の復水器の循環水管構造。
5. 前記水管用基礎は、スプリングを有し、当該スプリングによって前記循環水管を下方から弾性的に支持している、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の復水器の循環水管構造。
6. スプリング基礎によって支持される復水器と、
   前記復水器に接続される循環水管と、
   前記循環水管を支持する水管用基礎と、を備え、
   前記循環水管は、
   互いに対向する第１開口及び第２開口を有する主管部と、前記主管部における前記第１開口及び前記第２開口の間の領域から分岐し、先端に第３開口が形成される分岐管部と、を有するＴ字型に形成され、前記第３開口が前記復水器に下方から接続される下流側水管と、
   前記第１開口に接続され、前記下流側水管に水を供給するための上流側水管と、
   前記第２開口に接続され、当該第２開口に接続される開口とは反対側の端部が閉鎖された閉鎖管と、を有し、
   前記第１開口と前記上流側水管とは、第１エキスパンションジョイントによって接続され、前記第２開口と前記閉鎖管とは、第２エキスパンションジョイントによって接続されており、
   前記上流側水管と前記閉鎖管とが、前記主管部の軸方向に沿って延びる連結部材によって連結され、前記連結部材は、前記上流側水管と前記閉鎖管との軸方向における離間を規制する状態で前記上流側水管と前記閉鎖管とを連結している、ことを特徴とするタービンシステム。

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