JP2618980B2 - 湿分分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、例えば湿分分離再熱器を有する原子力ター
ビンプラントにおいて、サイクル蒸気中に含まれる湿分
を高圧タービンと湿分分離再熱器とを結ぶ経路内にて抽
出し、系外に排出せしめるようにした湿分分離装置に関
する。

（従来の技術） 原子力タービンプラントの蒸気タービンに供給される
蒸気は湿分を多量に含む、いわゆる湿り蒸気であり、こ
の湿り蒸気が蒸気タービン内を流動するときに翼長の長
い羽根に浸食を生じたり、あるいは大きく成長した水滴
により羽根車が制動作用を受け、効率の低下を招くこと
が予想される。このため、原子力タービンプラントにお
いては高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離再
熱器を設け、高圧タービンの排気中に含まれる10％程度
の湿分を１％以内に除去すると共に、このサイクル蒸気
を過熱状態まで過熱した後に、低圧タービンに供給して
いる。

第６図はこのような湿分分離再熱器に備えた原子力タ
ービンプラントの主要部分を示している。図示しない原
子炉にて発生した蒸気は高圧タービン１に導かれ、そこ
で膨脹を遂げて湿り蒸気となる。この湿り蒸気は高圧タ
ービン１の２つの排気口から低温再熱蒸気管２、３に各
々導かれて湿分分離再熱器４の下部から器内に流入す
る。ここで、各低温再熱蒸気管２、３は湿分分離再熱器
４の蒸気入口が２箇所設けられているために分岐管2a、
2bおよび3a、3bを備えている。

湿分分離再熱器４に流入した蒸気は、初めに湿分分離
部５に導かれて蒸気中の湿分が除去され、１％程度の湿
り蒸気となる。次に、蒸気は加熱部６に導かれて加熱さ
れ、湿分が蒸発させられると共に、過熱蒸気に変えられ
てその出口に達し、高温再熱蒸気管７、８を通して低圧
タービン９、10に導かれる。低圧タービン９、10に流入
した蒸気はさらに膨脹を遂げ、それぞれの排気口を経て
復水器（図示せず）に導かれ、そこで復水させられる。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように高圧タービン１の排気口から低温再熱
蒸気管２、３に流れる蒸気は10％程度の湿り蒸気である
が、一般に、この湿り蒸気中の湿分は低温再熱蒸気管
２、３を通過する際に一部が内面に液膜を形成して流
れ、残りは細かな水滴となって蒸気の流れに乗って運ば
れて行く。第７図はこの湿り蒸気の挙動について、分岐
管2a、、2b、3a、3bが備えられる領域を中心として模式
的に表わしたもので、低温再熱蒸気管２、３に沿って直
進する蒸気の流れと、分岐管2a、3aの方向に分流される
蒸気の流れとを比べると、蒸気は双方の経路にほぼ等分
に分けられるのに対し、液膜状の流れＦおよび蒸気の流
れに乗る大きな水滴Ｄは自らの慣性力によって直進して
しまい、分岐管2a、3aの方向には僅かしか流れない。す
なわち、分岐管2a、3aを得て湿分分離再熱器４に流れる
蒸気中には湿分が少なく、一方分岐管2a、3aを通ってそ
のまま流れる蒸気中には多量の湿分が含まれるという、
湿分の偏在現象が発生する。

このような湿分の偏在現象が生じると、過度の湿分が
流入する湿分分離再熱器４の湿分分離部５では処理しき
れない湿分が増加し、その下流側では蒸気の湿り度が高
くなるために過熱部６が浸食される等の不都合が生じ、
さらに湿分の偏りによって各分岐管2b、3b内で浸食が発
生し易くなり、何れも機器の信頼性が大きく損なわれて
しまう。

そこで、本発明の目的は湿分分離再熱器に過度の湿分
が流入するのを抑制することのできる再熱蒸気管用湿分
分離装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 第１の発明に係る湿分分離装置は、円筒状の容器を垂
直方向に延在する一の再熱蒸気管の開口部縁端にコーン
状の連結胴を介して設け、この容器内には容器を水平方
向に貫いて接続される他の再熱蒸気管にその出口側を連
絡させると共に、入口側を一の再熱蒸気管の開口部近傍
に臨ませて複数の透孔を有する管体を設け、さらに一と
再熱蒸気管の開口部縁端にスロート部をほぼ一致させて
末広形状の絞り装置を管体の開口部縁端に配置してなり
これにより絞り装置の外側には連結胴との間に環状通路
が形成され、またこの環状通路と管体内とが透孔を介し
て互いに連通されるように構成したことを特徴とするも
のである。

また、第２の発明に係る湿分分離装置は、円筒状の容
器を水平方向に延在する一の再熱蒸気管の開口部に双方
の軸線同士が交差するように設け、一の再熱蒸気管の開
口部縁端には一の再熱蒸気管の延長される方向に徐々に
口径を拡大して構成されるリード管を接続すると共に、
一の再熱蒸気管と同心か、それよりもその軸心を上方に
偏心させ、かつ一の再熱蒸気管の反対側から容器を貫い
てリード管の開口部近傍にその入口側を臨ませて複数の
透孔を有する他の再熱蒸気管を連結し、さらに一の再熱
蒸気管の開口部縁端にスロート部をほぼ一致させて末広
形状の絞り装置を他の再熱蒸気管の開口部縁端に配置し
てなり、これにより絞り装置の外側にはリード管との間
に環状通路が形成され、またこの環状通路と他の再熱蒸
気管内とが透孔を介し互いに連通されるように構成した
ことを特徴とするものである。

（作用） 第２図（ａ）（ｂ）を参照して第１および第２の発明
の原理を詳しく説明する。ここで、第２図（ｂ）の横軸
は再熱蒸気管と湿分分離装置との接続部の基準点に定め
て湿分分離装置側への距離Ｌを、また縦軸は湿分分離装
置内の圧力Ｐを表すものとする。

第２図（ａ）（ｂ）において、上述した基準点を湿分
分離装置の入口をａ点とし、このａ点にて口径を絞り、
その後徐々にこれを拡大してｂ点にて再熱蒸気管の口径
に戻すように蒸気の絞り流路Ｘを構成する。この場合、
絞り流路Ｘ内の静圧の分布は実線Psに示されるように口
径の絞られたａ点にて下がり、口径が元の大きさに戻る
ｂ点にて最大となる。このとき、蒸気の絞り流路Ｘの外
側に形成される環状通路Ｙには蒸気の流れの正面に開口
している入口を通して蒸気の動圧が作用し、一点鎖線Pt
で示される全圧が加えられる。この全圧と静圧との差に
相当する圧力差を利用して環状通路Ｙ側を流れる蒸気を
蒸気通路である絞り流路Ｘ側に導くように構成する。こ
の場合、環状通路Ｙと絞り流路Ｘとを連絡する連絡通路
はｂ点の下流側であればよく、たとえば図中のｃ点に定
めればそのときの全圧と静圧との差が△Ｐとなる。この
△Ｐが保たれている限り、環状通路Ｙへ蒸気が流れ、絞
り流路Ｘと連絡している連絡通路を介して絞り流路Ｘを
通過した蒸気と合流する流れが形成され、その蒸気によ
って管内面周辺のドレンが引き込まれるため、蒸気とド
レンとの分離が効率よく行なわれる。

このような絞り流路Ｘと環状通路Ｙとの組合わせは様
々なものが考えられるが、最も典型的なケースは再熱蒸
気管が垂直方向に向けられる場合と、水平方向に向けら
れる場合とであり、本発明ではそれぞれに相応しい構成
として、前者に適用される第１の発明および後者に適用
される第２の発明とが提供される。具体的には絞り流路
Ｘおよび環状通路Ｙは第１の発明ではノズルと連結胴と
により、また、第２の発明においてはノズルとリード管
とにより各々形成され、上記した原理により双方の圧力
差を保って蒸気とドレンとの分離を促す。

（実施例） 第１の発明の実施例を第１図を参照して説明する。第
１図において、符号11は円筒状に形成される容器を示し
ており、この容器11が垂直方向に延びる第１の再熱蒸気
管12の開口部縁端にコーン状の連結胴13を介して設けら
れている。ここで、容器11の内径は第１の再熱蒸気管12
の口径よりも一定の値大きく形成される。また、連結胴
13は両者を結ぶ要素として用いられるもので、流体を案
内するのに適した内面構造を有する。さらに、容器11に
は容器11の長手方向略中央部を水平方向に貫いて第２の
再熱蒸気管14が結ばれており、この第２の再熱蒸気管14
の開口部縁端に一端を接続し、一方反対側の開口部を第
１の再熱蒸気管12の開口部近くまで円弧を描くように延
ばされた曲り管15が取付けられる。この曲り管15には第
１の再熱蒸気管12の開口部縁端との間にある距離（第２
図のｃ点）を保って透孔16が穿たれている。

また、曲り管15の第１の再熱蒸気管12の開口部に臨ま
せた部分にはそのスロート部分が第１の再熱蒸気管12の
開口部縁端と一致するようにノズル17が設けられる。こ
れによりノズル17の外面と連結胴13の内面との間にはノ
ズル17から独立した環状通路18が形成される。なお、図
中符号19はドレン排出口を示している。

次に、上記のように構成した湿分分離装置の作用につ
いて、第３図を参照して説明する。

多量の湿分を含む蒸気の流れを観察すると、管内面に
沿って形成される液膜状の流れＦおよび蒸気中に混在す
る水滴Ｄが見出される。液膜状の流れＦつまりドレンは
第１の再熱蒸気管12の内面に沿って進み、連結胴13を伝
わって環状通路18に達する。このとき、ドレンと共に流
れ込む一部の蒸気によってこの流れが促進される。環状
通路18を通った蒸気はノズル17の後端から内側に回り込
み、圧力差を保っている曲り管15内に透孔16を通して吸
い込まれ、ノズル17のスロート部を経て流れる蒸気と混
ざりつつ、そこを流下し、第２の再熱蒸気管14へと導か
れる。一方、ドレンは環状通路18から容器11の内面に沿
って流れ、その底部に導かれる。

かくして、蒸気とドレンとの分離が円滑に行なわれ、
湿分分離再熱器４には大部分のドレンの抽出された蒸気
を供給することができる。なお、水滴Ｄは湿分分離再熱
器４内の湿分分離部５で蒸気中から分離される。

次に、第２の発明の実施例を第４図および第５図を参
照して説明する。

第４図及び第５図において、円筒状の容器21は両端を
鏡板により密閉されている。この容器21の長手方向中央
部より上側を水平方向に貫いて第１の再熱蒸気管22が結
ばれており、一方その反対側から同様に容器21を貫く第
２の再熱蒸気管23が第１の再熱蒸気管22の軸心より僅か
に上方に偏心させて接続されている（第４図参照）。こ
こで、第１の再熱蒸気管22の開口部は容器21の手前側の
内壁面近くに置かれ、一方第２の再熱蒸気管23の開口部
は容器21の同じ内壁面から少し離れた位置に配置されて
いる。また、第１の再熱蒸気管22の開口部縁端には連続
的に口径を変化させたリード管24が、一方第２の再熱蒸
気管23の開口部縁端には後縁にドレン切り25を備えたノ
ズル26がそれぞれ設けられている。なお、このノズル26
のスロート部は第１の再熱蒸気管22の開口部縁端と一致
させるように取付けられ、これによりノズル26の外面と
リード管24の内面との間にノズル26から独立した環状通
路27が形成される。

また、第２の再熱蒸気管23には第１の再熱蒸気管22の
開口部縁端との間に第２図のｃ点に相当する距離を母子
して透孔28が穿たれている。なお、図中符号29はドレン
排出口を示している。

次に、作用について説明する。

第１の再熱蒸気管22の内面に沿って流れるドレンはリ
ード管24を伝わりながら環状通路27に達し、このとき蒸
気の一部も環状通路27に流れ込む。環状通路27の出口で
蒸気は容器21内に拡がるが、容器21の器内圧力よりも低
い圧力を保っている第２の再熱蒸気管23内に透孔28を通
して吸い込まれて行く。そして、ノズル26のスロート部
を通って流れる蒸気と混ざり合いながら、さらに下流側
へと導かれる。一方、ドレンは環状通路27を通過し、リ
ード管24の開口部縁端より容器21の下方へ向かって落ち
る。このドレンのうち、一部はノズル26の外面に導かれ
て環状通路27を通過するが、ノズル26の後縁に備えられ
るドレン切り25によって捕えられ、そこから容器21内に
落ちる。一般に、これらのドレンの流れは第１の再熱蒸
気管22が水平方向に配置されるているために上面よりも
下面側のドレン量が多く、この多量のドレンを効率よく
処理するために本実施例における環状通路27は上方より
も下方に充分な断面積が得られるように構成されてい
る。しかし、環状通路27は常にこのように構成する必要
はなく、例えばドレン量が少ない場合等には双方の再熱
蒸気管22、23が同心を保っていても一向に差支えない。

かくして、本実施例の構成を備えたものにおいても蒸
気とドレンとの分離が円滑に行なわれ、湿分分離再熱器
４には大部分のドレンの抽出された蒸気を導くことがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る湿分分離装置によれ
ば、湿分分離再熱器に流れる蒸気中に含まれる湿分を効
率よく除去することが可能であり、過度の湿分を含む蒸
気が流れる場合に引き起こされる湿分分離再熱器内およ
びその周辺の装置での浸食事故等が防止されるという優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の発明に係る湿分分離装置の一実
施例を示す断面図、第２図（ａ）、（ｂ）は本発明の原
理について示す説明図、第３図は第１の発明に係る湿分
分離装置の作用説明図、第４図は第２の発明に係る湿分
分離装置の一実施例を示す断面図、第５図は第４図のＶ
−Ｖ線に沿う断面図、第６図は従来の湿分分離再熱器の
配置について示す系統説明図、第７図は再熱蒸気管の分
岐部における蒸気および湿分を挙動について示す説明図
である。 11、21……容器 12、22……第１の再熱蒸気管 13……連結胴 14、23……第２の再熱蒸気管 15……曲り管 16、28……透孔 17、26……ノズル 18、27……環状通路 24……リード管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状の容器を垂直方向に延在する一の再
   熱蒸気管の開口部縁端にコーン状の連結胴を介して設
   け、この容器内には該容器を水平方向に貫いて接続され
   る他の再熱蒸気管にその出口側を連絡させると共に、入
   口側を前記一の再熱蒸気管の開口部近傍に臨ませて複数
   の透孔を有する管体を設け、さらに前記一の再熱蒸気管
   の開口部縁端にスロート部をほぼ一致させて末広形状の
   絞り装置を前記管体の縁端に配置してなり、これにより
   前記絞り装置の外側には前記連結胴との間に環状通路が
   形成され、またこの環状通路と前記管体内とが前記透孔
   を介して互いに連通されるように構成したことを特徴と
   する湿分分離装置。
2. 【請求項２】円筒状の容器を水平方向に延在する一の再
   熱蒸気管の開口部に双方の軸線同士が交差するように設
   け、前記一の再熱蒸気管の開口部縁部には、該一の再熱
   蒸気管の延長される方向に徐々に口径を拡大して構成さ
   れるリード管を接続すると共に、前記一の再熱蒸気管と
   同心か、それよりもその軸心を上方に偏心させ、かつ一
   の再熱蒸気管の反対側から前記容器を貫いて前記リード
   管の開口部近傍にその入口側を臨ませて複数の透孔を有
   する他の再熱蒸気管を連結し、さらに前記一の再熱蒸気
   管の開口部縁端にスロート部をほぼ一致させて末広形状
   の絞り装置を前記他の再熱蒸気管と開口部縁端に配置し
   てなり、これにより前記絞り装置の外側には前記リード
   管との間に環状通路が形成され、またこの環状通路と前
   記他の再熱蒸気管内とが前記透孔を介して互いに連通さ
   れるように構成したことを特徴とする湿分分離装置。