JP3784808B2 - 流体機械とその冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、主蒸気入口管と入口室と車室と排気室とを有し、運転中に流れ媒体が流体機械を貫流して流れ、排気室から流出する流体機械における、熱的に大きく負荷される箇所の冷却方法に関する。また本発明はその方法を実施するための流体機械に関する。

流体機械、特に蒸気タービンの熱的に大きく負荷される箇所の冷却のため、主蒸気圧において主蒸気温度より低温の蒸気が必要である。主蒸気圧は、流体機械の入口室に達する流れ媒体の圧力である。主蒸気温度は、流れ媒体が流体機械に流入する際の温度である。

最近の流体機械では、上述した大きさの温度と圧力を有する冷却蒸気を、固有の供給源で供給できない。

通常、必要な冷却蒸気は、別個の配管を通して流体機械に導かれる。多段再熱器付きの流体機械の場合、冷却蒸気は、通常最終再熱器の上流で、ボイラから取り出され、別個の配管で流体機械に導かれる。この方式は、別個の配管が追加的な経費を生ずるという欠点を持つ。また、冷却蒸気系の寸法がボイラパラメータに左右され、且つ冷却蒸気供給源の休止が同様に冷却の停止を生ずるという点でボイラの直接的依存性が存在する。

本発明の課題は、冷却蒸気の準備に殆ど支障のない方法を提供することにある。また上述の方法に採用可能な流体機械を提供することにある。

方法に関する課題は、主蒸気入口管と入口室と車室と排気室とを有し、運転中に流れ媒体が流体機械を貫流して流れ、排気室において流出する流体機械における熱的に大きく負荷される箇所の冷却方法において、主蒸気入口管からの流れ媒体の一部を流体機械に流入する前に熱交換器で冷却し、入口室を経て流体機械に流入させ、そのようにして冷却した流れ媒体で、入口室内に存在する熱的に大きく負荷される箇所を冷却することで解決される。この方法によれば、冷却蒸気を供給するために特別な外部の配管を用いることなく、冷却蒸気を用意できる。いわばその冷却蒸気を流体機械自体で発生する。

本発明の有利な実施態様では、熱交換器を流体機械の排気室内に設ける。この処置により、冷却源として外部の冷却源は不要となる。この結果、いわば自給自足系が生ずる。

本発明に基づく方法の有利な実施態様では、止め弁を主蒸気入口管に配置し、流れ媒体の一部を止め弁の下流で分岐させ、排気室に直接導く。こうして、故障発生時に、非常遮断弁の作動によって、流体機械への蒸気の供給を急速に中断できる。

本発明の方法の有利な実施態様では、この方法は、熱交換器で冷却した流れ媒体部分の温度を、主蒸気温度より少なくとも１０℃だけ低く冷却することで特徴づけられた熱交換器を有する流体機械に利用される。特にその熱交換器は、熱交換器を貫流する流れ媒体部分を、主蒸気温度より少なくと２０℃だけ低く冷却することで特徴づけられる。

本発明に基づく方法の有利な実施態様では、この方法を、釣合いピストンを有する流体機械に用い、その際、この方法で発生した冷却蒸気を、熱的に大きく負荷される釣合いピストンに導く。かくして、釣合いピストンのような熱的に大きく負荷される部品を、特別な冷却蒸気配管なしに、自給自足で冷却できる。

装置に関する本発明の課題は、流れ媒体が貫流し、主蒸気入口室に通じる主蒸気入口管と排気室を有する流体機械において、主蒸気入口管が、流れ媒体の一部を分岐して配管を経て熱交換器に導く分岐点を有し、流体機械が熱交換器の下流に流体機械の入口室に通じる供給管を有することで解決される。この新たな冷却蒸気配管の配置で、特別な外部配管を設けることなく冷却蒸気を準備できる。言わば、この蒸気を流体機械自体で発生する。

本発明の有利な実施態様では、熱交換器を流体機械の排気室内に配置する。この処置により、冷却源としての外部の冷却源が不要となり、言わば自給自足系が生ずる。

本発明に基づく装置の有利な実施態様では、止め弁を主蒸気入口管に設け、主蒸気入口管から熱交換器への分岐を止め弁の直後で行う。この結果、故障発生時、主蒸気入口管そしてこれに伴い冷却供給管も遮断できる。

本発明に基づく装置の他の有利な実施態様では、発生した冷却蒸気を蒸気タービンの釣合いピストンに直接導く。これによって、流体機械の熱的に大きく負荷される箇所を的確に冷却できる。

以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。各図において、同一部分には同一符号を付している。

図１は流体機械１を示す。該機械１は車室２を持つ。内部車室３の内部に軸４が回転可能に配置されている。内部車室３は静翼５を、軸４は動翼６を有する。排気室７に熱交換器８が配置されている。熱交換器８は、流体機械１の排気室７内に配置せずともよい。

主蒸気はボイラ（図示せず）から主蒸気入口管９を経て流体機械１に導入される。主蒸気の一部は分岐点１０で分岐されて熱交換器８に導かれる。分岐点１０の上流での主蒸気の温度は５６５℃であり、圧力は２５０バールである。主蒸気の残留部分、即ち熱交換器に導入されない主蒸気部分は、配管１１を経て流体機械１に達する。この場合、主蒸気は主蒸気入口室１２に達し、そこから、軸方向１３に静翼５と動翼６を通って流れる。一対の静翼列と動翼列とから成る最終翼列１４の後方で、膨張済みの冷却された主蒸気は排気室７に達する。その温度は３３０℃、圧力は５５バールである。

熱交換器８は、ここから出る流れ媒体が熱交換器８に流入する前に比べて少なくとも１０℃、特に少なくとも２０℃だけ冷却されるように設計されている。

かくして冷却された主蒸気は、排出管１６を経て流体機械１の入口室１７に達する。入口室１７は、排出管１６からやって来る冷却済み主蒸気が入口室１７に達するよう、静翼輪１８で、主蒸気入口室１２から分離されている。冷却済み主蒸気は、そこから、熱的に大きく負荷される釣合いピストン１９又は別の熱的に大きく負荷される箇所に達する。入口室１７の軸４の熱的に大きく負荷される箇所は、冷却済み主蒸気で冷却される。

図２は冷却装置の原理図である。主蒸気は主蒸気入口管９を経て流体機械１に達する。主蒸気入口管９は、分岐点１０の上流に位置する止め弁２０を備える。分岐点１０は配管１５を経て熱交換器８に供給する主蒸気を分岐する。この主蒸気は、熱交換器８で冷却され、排出管１６を経て入口室１７に達する。矢印２１で冷却蒸気２１の流れ方向を示す。冷却蒸気は釣合いピストン１９の周囲を流れ、その熱的に大きく負荷される箇所を冷却する。静翼輪１８で、入口室１７が主蒸気入口室２１から分離されている。

主蒸気の一部は、主蒸気入口管９と配管１１を経て流体機械１に達し、図２に示さない静翼と動翼を通り、矢印２２の方向に流体機械１を貫流して流れ、流体機械１の排気室７から流出する。静翼輪１８は、冷却蒸気を流体機械１に導入すべく設けている。ただ運転差圧を維持するため、用いた熱交換器８の圧力損失が、その静翼輪１８での圧力低下より小さくなければならない。流体機械１の排気流２３内に存在する熱交換器８は、配管１５を経て到達する主蒸気を冷却し、余分な熱を排気に放出する。この熱は、場合により後置接続した再熱器（図示せず）で利用する。この結果、追加的な損失は生じない。

冷却に必要な主蒸気は、止め弁２０の下流で取り出す。このため、全系統は自己制御され、補助的な遮断装置や調整装置は不要である。この結果、本発明による冷却方法は、図示しないボイラや他の構成要素と無関係である。換言すれば、必要な冷却蒸気は、タービン自体で発生され、外部の構成要素と無関係である。この方式は、冷却蒸気の発生が配管１５内に組み込まれた熱交換器８で行われるので、単純で、経費的に有利である。

流体機械の断面図。 冷却蒸気発生の原理図。

符号の説明

１ 流体機械、２ 車室、７ 排気室、８ 熱交換器、９ 主蒸気入口管、１０ 分岐点、１２ 主蒸気入口室、１７ 入口室、１９ 釣合いピストン、２０ 止め弁

Claims (8)

1. 主蒸気入口管（９）と入口室（１７）と車室（２）と排気室（７）とを有し、運転中に流れ媒体が流体機械を貫流して流れ、排気室（７）において流出する流体機械（１）における熱的に大きく負荷される箇所の冷却方法において、主蒸気入口管（９）からの流れ媒体の一部を、流体機械（１）に流入する前に、該流体機械（１）の排気室（７）内に存在する熱交換器（８）により冷却し、入口室（１７）を経て流体機械（１）に流入させ、そのようにして冷却した流れ媒体により、入口室（７）内に存在し熱的に大きく負荷される箇所を冷却することを特徴とする方法。
2. 熱交換器（８）に導く流れ媒体部分を、主蒸気入口管（９）にある止め弁（２０）の下流で、主蒸気入口管（９）から分岐することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 熱交換器（８）で冷却された流れ媒体部分の温度が、主蒸気温度より少なくとも１０℃低いことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 熱交換器（８）で冷却された流れ媒体部分の温度が、主蒸気温度より少なくとも２０℃低いことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
5. 熱交換器（８）で冷却した流れ媒体部分を、釣合いピストン（１９）に導くことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
6. 流れ媒体で貫流され主蒸気入口室（１２）に通じる主蒸気入口管（９）と排気室（７）を有する流体機械（１）において、主蒸気入口管（９）が、流れ媒体の一部を分岐して配管（１５）を経て、流体機械（１）の排気室（７）内に配置された熱交換器（８）に導く分岐点（１０）を有し、流体機械（１）が熱交換器（８）の下流に流体機械（１）の入口室（１７）に通じる排出管（１６）を有することを特徴とする流体機械。
7. 主蒸気入口管（９）が分岐点（１０）の上流に止め弁（２０）を有することを特徴とする請求項６記載の流体機械。
8. 排出管（１６）が釣合いピストン（１９）に通じることを特徴とする請求項６又は７記載の流体機械。
   
   

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