JP4697730B2 - Turbine equipment - Google Patents
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Description
本発明は、アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体としてタービン翼を回動させるタービン装置に関する。 The present invention relates to a turbine apparatus that rotates a turbine blade using a non-azeotropic mixed medium of ammonia and water as a working medium.
近年、未利用エネルギーから動力を回収する手法として、アンモニア/水の非共沸混合媒体を用いた発電方式が研究されている。この発電方式では、アンモニア/水の非共沸混合媒体を例えばエンジンなどの熱源からの熱を利用して蒸発させ、その蒸気圧力でもってタービン翼とともに回転軸を回動させ、この回転軸の動力を利用して発電するというものである。この従来の方式の一例としてのコージェネレーションシステム(例えば、特許文献1)では、コージェネレーションの例えばガスエンジンからの排気ガスの熱を利用して水を蒸発させ、生成された水蒸気によって水蒸気タービンを回転駆動させている。また、このガスエンジンの冷却水の熱を利用してアンモニア/水の非共沸混合媒体を蒸発させるとともに、ガスエンジンからの排気ガス(水蒸気発生に用いられた後の平気ガス)の熱を利用して非共沸混合媒体を蒸発させ、生成された蒸気によって低温蒸気タービンを回転駆動させている。 In recent years, a power generation method using a non-azeotropic mixed medium of ammonia / water has been studied as a technique for recovering power from unused energy. In this power generation system, the non-azeotropic mixture of ammonia / water is evaporated using heat from a heat source such as an engine, and the rotating shaft is rotated together with the turbine blade by the vapor pressure, and the power of the rotating shaft is It is to generate electricity using. In a cogeneration system (for example, Patent Document 1) as an example of this conventional method, water is evaporated using heat of exhaust gas from, for example, a gas engine of cogeneration, and a steam turbine is rotated by generated steam. Driven. The heat of the cooling water of the gas engine is used to evaporate the non-azeotropic mixture of ammonia / water, and the heat of the exhaust gas from the gas engine (the plain gas after being used to generate water vapor) is used. Thus, the non-azeotropic mixed medium is evaporated, and the low-temperature steam turbine is rotationally driven by the generated steam.
このコージェネレーションシステムにおいては、ガスエンジンの排気ガスの熱を回収して水蒸気タービンを回転駆動し、更に、ガスエンジンの冷却水の熱及び排気ガスの水蒸気発生利用後の熱を回収して低温蒸気タービンを回転駆動しているので、ガスエンジンの排熱を有効に回収し、コージェネレーションシステムの運転効率をより高めることが可能となる。 In this cogeneration system, the heat of the exhaust gas of the gas engine is recovered to rotate and drive the steam turbine, and the heat of the cooling water of the gas engine and the heat of the exhaust gas after steam generation is recovered to recover the low temperature steam. Since the turbine is driven to rotate, it is possible to effectively recover the exhaust heat of the gas engine and further improve the operation efficiency of the cogeneration system.
しかしながら、低温蒸気タービンの作動媒体としてアンモニア/水の非共沸混合媒体を用いた場合、環境安全面から、タービンハウジングと回転軸との間からのアンモニアの漏洩を防止する必要があり、その漏洩を防止するために、メカニカルシール手段が用いられている。メカニカルシール手段としての接触シール手段は、シール部材が回転軸に接触するので、回転軸に摩擦抵抗が生じ、メカニカルロスが生じるという問題がある。また、メカニカルシール手段としてのラビリンスシール手段は、メカニカルロスは生じないが、ラビリンス構造の隙間からアンモニアが漏洩するという問題があり、それ故に、このアンモニアの漏洩を防止するために漏洩ガスを水中でバブリングした後に外部に放出しており、このバブリングするための設備が必要となって装置が大型化し、またアンモニアを吸収した水の処理が問題となる。 However, when a non-azeotropic mixture of ammonia / water is used as a working medium for a low-temperature steam turbine, it is necessary to prevent leakage of ammonia from between the turbine housing and the rotating shaft from the viewpoint of environmental safety. In order to prevent this, a mechanical seal means is used. The contact seal means as the mechanical seal means has a problem that since the seal member comes into contact with the rotating shaft, a frictional resistance is generated on the rotating shaft and a mechanical loss occurs. In addition, the labyrinth seal means as the mechanical seal means does not cause mechanical loss, but has a problem that ammonia leaks from the gap of the labyrinth structure. Therefore, in order to prevent the leakage of ammonia, the leakage gas is submerged in water. After bubbling, it is discharged to the outside, and equipment for this bubbling is required, so that the apparatus becomes large and the treatment of water that has absorbed ammonia becomes a problem.
本発明の目的は、アンモニア/水の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができるとともに、作動媒体としての非共沸混合媒体への悪影響をも防止することができるタービン装置を提供することである。 An object of the present invention is to reliably prevent an ammonia / water non-azeotropic mixture from leaking to the outside, and to prevent adverse effects on the non-azeotropic mixture as a working medium. Is to provide a device.
本発明の請求項1に記載のタービン装置は、アンモニアと水との非共沸混合媒体を作動媒体として回動されるタービン翼と、前記タービン翼を回転自在に支持する回転軸と、前記タービン翼を収容するためのタービン室を規定するタービンハウジングと、前記回転軸と前記タービンハウジングとの間をシールするためのシール手段と、を具備するタービン装置であって、
前記シール手段は、前記タービンハウジングの内側部位と前記回転軸との間をシールする内側シール手段と、前記タービンハウジングの内側部位より軸線方向外側に位置する外側部位と前記回転軸との間をシールする外側シール手段と、前記内側シール手段と前記外側シール手段との間に設けられた中間シール手段と、水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインと、を備え、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気は、前記外側シール手段と前記中間シール手段との間の外側環状空間に導入され、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気の圧力は、前記タービン室に導入される作動媒体の蒸気圧力よりも高く設定されており、また前記中間シール手段と前記内側シール手段との間の内側環状空間が、前記作動媒体を生成するためのエンジンの排気系に連通されていることを特徴とする。
The turbine apparatus according to claim 1 of the present invention includes a turbine blade that is rotated using a non-azeotropic mixed medium of ammonia and water as a working medium, a rotating shaft that rotatably supports the turbine blade, and the turbine A turbine apparatus comprising: a turbine housing that defines a turbine chamber for housing blades; and a sealing means for sealing between the rotating shaft and the turbine housing,
The seal means seals between an inner portion of the turbine housing and the rotary shaft, and seals between an outer portion located on the outer side in the axial direction from the inner portion of the turbine housing and the rotary shaft. Water vapor introduced from the water vapor introduction line , comprising: an outer seal means for performing the operation, an intermediate seal means provided between the inner seal means and the outer seal means, and a water vapor introduction line for introducing water vapor. Is introduced into the outer annular space between the outer seal means and the intermediate seal means, and the pressure of the steam introduced from the steam introduction line is higher than the steam pressure of the working medium introduced into the turbine chamber. An inner annular space between the intermediate sealing means and the inner sealing means is provided for generating the working medium. Characterized in that it communicates with the gin of the exhaust system.
また、本発明の請求項2に記載のタービン装置では、前記回転軸には、更に、水蒸気を作動媒体として回動される水蒸気タービン翼が設けられており、作動媒体としての水蒸気の一部が前記水蒸気導入ラインを通して前記中間シール手段と前記外側シール手段との間の前記外側環状空間に導入されることを特徴とする。
In the turbine device according to
本発明の請求項1に記載のタービン装置によれば、非共沸混合媒体の漏洩を防止するためのシール手段は、内側シール手段、外側シール手段及びこれらの間に配設される中間シール手段と、水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインとを備え、水蒸気導入手段からの水蒸気が外側シール手段と中シール手段との間の外側環状空間に導入されるので、導入される水蒸気の作用によって非共沸混合媒体の外部への漏洩を防止することができる。また、水蒸気導入ラインを通して導入される水蒸気の圧力は、タービン室に導入される作動媒体(非共沸混合媒体)の蒸気圧力よりも高く設定されているので、外側環状空間に導入された水蒸気が内側に流入するようになり、これによって、作動媒体の外部への漏出を確実に防止することができる。更に、中間シール手段と内側シール手段との間の内側環状空間がエンジンの排気系に連通されているので、外側環状空間から内側環状空間に流入した水蒸気がエンジンの排気系に流れ、仮にタービン室から作動媒体(アンモニア)が漏洩したとしても漏洩した作動媒体は水蒸気とともに排気系に流れ、この排気系にて所要の通りに所定することができる。尚、環状空間からの水蒸気がタービン室内に流入するが、作動媒体がアンモニアと水との非共沸混合媒体であるので、この作動媒体中に多少の水蒸気が加わったとしても性能的(タービン装置の効率が低下するなど)に問題が生じることはない。 According to the turbine apparatus of the first aspect of the present invention, the sealing means for preventing the leakage of the non-azeotropic mixed medium includes the inner sealing means, the outer sealing means, and the intermediate sealing means disposed therebetween. When, a steam introduction line for introducing steam, the steam from the steam introduction means is introduced into the outer annular space between the middle sealing means and the outer sealing means, non-by the action of water vapor to be introduced Leakage of the azeotropic mixing medium to the outside can be prevented. Moreover, since the pressure of the steam introduced through the steam introduction line is set higher than the steam pressure of the working medium (non-azeotropic mixture medium) introduced into the turbine chamber, the steam introduced into the outer annular space This allows the working medium to flow into the inside, thereby reliably preventing leakage of the working medium to the outside. Further, since the inner annular space between the intermediate sealing means and the inner sealing means is communicated with the engine exhaust system, water vapor that flows into the inner annular space from the outer annular space flows into the engine exhaust system, and temporarily enters the turbine chamber. Even if the working medium (ammonia) leaks from, the leaked working medium flows into the exhaust system together with the water vapor, and can be determined as required in this exhaust system. Although steam from the annular space flows into the turbine chamber, since the working medium is a non-azeotropic mixture of ammonia and water, even if some steam is added to the working medium, the performance (turbine device) Will not cause any problems).
また、本発明の請求項2に記載のタービン装置によれば、水蒸気タービン翼を回動させるための水蒸気の一部が水蒸気導入ラインを通して中間シール手段と外側シール手段との間の外側環状空間に導入されるので、水蒸気を生成するための専用の設備を必要とせず、タービン装置の構成を簡単にすることができる。 According to the turbine device of the second aspect of the present invention, a part of the steam for rotating the steam turbine blades passes through the steam introduction line into the outer annular space between the intermediate sealing means and the outer sealing means. Since it is introduced, a dedicated facility for generating water vapor is not required, and the configuration of the turbine device can be simplified.
以下、添付図面を参照して、本発明に従うタービン装置の実施形態について説明する。図1は、一実施形態のタービン装置が適用されたコージェネレーションシステムの一例を示す簡略図であり、図2は、図1のコージェネレーションシステムにおけるタービン装置の一部を示す断面図であり、図3は、変形形態のタービン装置の一部を示す断面図であり、図4は、他の変形形態のタービン装置の一部を簡略的に示す図である。 Hereinafter, an embodiment of a turbine apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a simplified diagram illustrating an example of a cogeneration system to which a turbine apparatus according to an embodiment is applied. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a part of the turbine apparatus in the cogeneration system of FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a part of a modified turbine apparatus, and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a part of another turbine apparatus.
図1において、本発明に従う一実施形態のタービン装置2が適用された図示のコージェネレーションシステムは、過給機4を備えたエンジン6(例えば、ガスエンジン)と、このエンジン6の出力軸にカップリング8を介して駆動連結された発電機10とを備えている。過給機4は、エンジン6の排気流路12に配設されたタービンロータ14と、エンジン6の給気流路16に配設された導翼18と、タービンロータ14及び導翼8を連結する回転軸20とを備えており、エンジン6からの排気ガスによってタービンロータ14が所定方向に回動され、このタービンロータ14の回動によって回転軸20を介して導翼18が回動され、かかる導翼18の回動によってエンジン6に供給される空気が過給される。
In FIG. 1, an illustrated cogeneration system to which a
このコージェネレーションシステムにおいては、エンジン6が稼働すると、エンジン6の出力軸が所定方向に回動され、この出力軸の回動力がカップリング8を介して発電機10が作動され、このエンジン6の出力軸の回動を利用して発電機10による発電が行われる。
In this cogeneration system, when the engine 6 is operated, the output shaft of the engine 6 is rotated in a predetermined direction, and the rotating force of the output shaft is operated via the
この実施形態では、エンジン6の排気ガスの熱を回収するための第1熱回収系22と、エンジン6の冷却水の熱を回収するための第2熱回収系24と、第1及び第2熱回収系22,24により回収した熱によって後述する如く作動されるタービン装置2とが設けられている。第1熱回収系22は、タービン装置2の水蒸気タービン26によって熱を回収して取り出すためのものであり、作動媒体としての水蒸気によって回動される水蒸気タービン26と、水蒸気を生成するための第1熱交換器28と、作動媒体としての水蒸気を水に戻すための第1復水器30と、これら第1熱交換器28、水蒸気タービン26及び第1復水器30を通して循環させるための第1循環流路32と、を備えている。また、第1循環流路32には、第1送給ポンプ34が配設されている。
In this embodiment, the first
この第1熱回収系22においては、第1送給ポンプ34の作用によって、第1復水器30の水が第1熱交換器28に送給される。第1熱交換器28においては、エンジン6の排気流路12(過給機4の下流側)を流れる排気ガスと第1循環流路32を流れる水との間で熱交換が行われ、この熱交換によって水蒸気が生成される。生成された水蒸気は水蒸気タービン26に送給され、かかる水蒸気によって水蒸気タービン26が所定方向に回動される。この水蒸気タービン26を流れた水蒸気は第1循環流路32を通して第1復水器30に戻り、この第1復水器30にて水に戻される。尚、この形態では、第1復水器30と第1熱交換器28との間にインタークーラ36が配設され、このインタークーラ36は第1循環流路32を流れる水と給気流路16(過給機4の導翼18の下流側)を流れる給気との間で熱交換を行い、給気を冷却する。
In the first
また、第2熱回収系24は、タービン装置2の低温蒸気タービン42によって熱を回収して取り出すためのものであり、作動媒体としてのアンモニアと水の非共沸混合媒体によって回動される低温蒸気タービン42と、非共沸混合媒体の蒸気を生成するための第2及び第3熱交換器44,46と、非共沸混合媒体を液体と蒸気とに分留するための分留器48と、非共沸混合媒体の蒸気を液体に戻すための第2復水器50と、これら第2及び第3熱交換器44,46、分留器48、低温蒸気タービン42及び第2復水器50を通して循環させるための第2循環流路52と、を備えている。第2循環流路32の上流側部(第2復水器50と分留器48との間の部位)は第1分岐流路54と第2分岐流路56とに分岐され、第1分岐流路54に第1熱交換器44が配設され、第2分岐流路56に第2熱交換器46が配設され、また第2循環流路52の第2復水器50の下流側には第2送給ポンプ58が配設されている。
The second
この第2の熱回収系24においては、第2送給ポンプ58の作用によって、第2復水器50の非共沸混合媒体(アンモニア/水の混合媒体)が第1分岐流路54を通して第2熱交換器44に送給されるとともに、第2分岐流路56を通して第3熱交換器46に送給される。第2熱交換器44においては、エンジン6から冷却水循環流路60を通して循環される冷却水と第1分岐流路54を通して流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、熱交換により一部蒸気となった非共沸混合媒体が分留器48に送給される。また、第3熱交換器46においては、排気流路12を流れる排気ガス(第1熱交換器28にて熱交換された後の排気ガス)と第2分岐流路56を流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、熱交換により一部蒸気となった非共沸混合媒体が分留器48に送給される。分留器48においては、非共沸混合媒体が蒸気と液体とに分離され、その蒸気が第2循環流路52を通して低温蒸気タービン42に送給され、かかる非共沸混合媒体の蒸気によって低温蒸気タービン42が所定方向に回動され、低温蒸気タービン42を流れた蒸気は第2循環流路52を通して第2復水器50に戻り、この第2復水器50にて非共沸混合媒体の液体に戻される。また、分留器48にて分留された液体は、液体戻し流路62を通して第2復水器50に戻される。この実施形態では、第2復水器50と第2熱交換器44との間に第4熱交換器64が配設され、第4熱交換器64において、第1分岐流路54を流れる非共沸混合媒体と液体戻し流路62を通して流れる非共沸混合媒体との間で熱交換が行われ、この熱交換により加熱された非共沸混合媒体が第2熱交換器44に送給される。
In the second
このコージェネレーションシステムでは、水蒸気タービン26及び低温蒸気タービン42が回転軸66に設けられ、この回転軸66がタービン用の発電機68に駆動連結されている。従って、水蒸気によって水蒸気タービン26が回動されるとともに、非共沸混合媒体の蒸気によって低温蒸気タービン42が回動されると、回転軸66を介して発電機68が作動されて発電を行う。このコージェネレーションシステムでは、第1熱回収系22においてエンジン6の排気ガスの熱が回収され、また第2熱回収系24においてエンジン6の排気ガスの熱及びエンジン6の冷却水の熱が回収され、これらの熱を回収して発電を行うことができる。尚、水蒸気タービン26及び低温蒸気タービン42の回転軸66をポンプ、圧縮機、各種機械装置などに駆動連結し、排気ガス及び冷却水から回収した熱を動力として取り出すようにすることもできる。
In this cogeneration system, a
このコージェネレーションシステムでは、低温蒸気タービン42を作動させるための作動媒体としてアンモニアと水との非共沸混合媒体を用いているので、特にアンモニアの外部への漏洩を防止するために、タービン装置2に次の通りのシール手段72が装備されている。主として図2を参照して、低温蒸気タービン42は、タービン室74を規定するタービンハウジング76と、このタービンハウジング76内に収容されたタービン翼78と、を備え、タービン翼78が回転軸66に一体的に回動するように設けられ、シール手段72はこのタービン翼78の両側に配設されている。
In this cogeneration system, a non-azeotropic mixture medium of ammonia and water is used as a working medium for operating the low-
タービンハウジング76の両端部には両側に突出する一対の突出部80,82が設けられ、一対の突出部80に対応して、回転軸66の所定部位には外径が幾分大きくなった大径部84,86が設けられ、シール手段72はこれら突出部80,82及び大径部84,86に関連して設けられている。シール手段72は実質上同一の構成であり、以下一方の突出部80及び大径部84に関連して設けられたものについて説明する。
A pair of projecting
図示のシール手段72は、軸線方向(図2において左右方向)内側に配設された内側シール手段88と、外側に配設された外側シール手段90とを備えている。内側シール手段88は、内シール部材94及びこの内シール部材94の軸線方向外側に配設された外シール部材96とを備えている。内シール部材94は回転軸66の大径部84に設けられた環状溝92に取り付けられ、回転軸66に取り付けられた環状支持部材93に軸線方向に支持されている。また、外シール部材94はタービンハウジング76の突出部80の内側部位の内側面にコイルばね98(弾性偏倚手段を構成する)を介して取り付けられ、外シール部材94がコイルばね98の作用によって軸線方向に内シール部材94に向けて弾性的に偏倚される。
The illustrated sealing means 72 includes an inner sealing means 88 disposed on the inner side in the axial direction (left-right direction in FIG. 2) and an outer sealing means 90 disposed on the outer side. The inner seal means 88 includes an
このように構成されているので、回転軸66(低温蒸気タービン42)の回転が停止しているときには、コイルばね98の作用にって外シール部材94の先端部が内シール部材94の側面に弾性的に圧接され、突出部80と回転軸66の大径部84との間が密閉シールされ、タービン室74内の非共沸混合媒体(特に、アンモニア)の蒸気が外部に漏洩することはない。また、回転軸66が回動しているときには、外シール部材94がコイルばね98の弾性力に抗して内シール部材94から若干離れ、内シール部材92は外シール部材96と非接触で回動する。
With this configuration, when the rotation of the rotating shaft 66 (the low temperature steam turbine 42) is stopped, the tip of the
また、外側シール手段90は環状シール部材100から構成され、この環状シール部材100がタービンハウジング76の突出部80の外側部位(上記内側部位の軸線方向外側の部位)の内周面に取り付けられ、回転軸66の大径部84の外周面に接触乃至近接して設けられている。
Further, the outer seal means 90 is constituted by an
このタービン装置2においては、更に、内側シール手段88と外側シール手段90との間の環状空間102に水蒸気が導入されるように構成されている。即ち、タービン装置2には水蒸気導入ライン04が設けられ、水蒸気導入ライン104の一方の分岐ライン106がタービンハウジング76の一方の突出部80に規定された環状空間102に連通され、その他方の分岐ライン108がタービンハウジング76の他方の突出部82に規定された環状空間102に連通されている。この水蒸気導入ライン104は水蒸気発生手段110に接続されている。水蒸気発生手段110はボイラ本体112を備え、このボイラ本体112内に加熱ヒータ114が配設され、加熱ヒータ114にて発生する熱によってボイラ本体112内の水が加熱されて水蒸気が発生し、発生した水蒸気が水蒸気導入ライン104を通して送給される。
The
水蒸気導入ライン104には圧力制御弁116が配設され、この圧力制御弁116は、水蒸気導入ライン104を通してタービン装置2の環状空間102に送給される水蒸気の圧力を調整する。このタービン装置2においては、回転軸66の回転中における非共沸混合媒体(特に、アンモニア)の漏れを防止するために、水蒸気導入ライン104を通して送給される水蒸気の圧力が、タービン室74の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも大きくなるようにすることが重要であり、圧力制御弁116は、上述した圧力関係となるように水蒸気圧力を設定する。
A
ボイラ本体112には、また、水供給ライン118が接続され、この水供給ライン118に水供給ポンプ120が配設されている。更に、ボイラ本体112には水位検知センサ122が設けられ、この水位検知センサ122はボイラ本体112内に水の水位を検知し、この水位検知センサ122からの検知信号が制御コントローラ124に送給される。水位検知センサ122が水位の低下を検知すると、この水位検知センサ122からの水位低下信号に基づいて制御コントローラ124が水供給ポンプ120を作動し、この水供給ポンプ120の作用によって水供給ライン118を通して水がボイラ本体112に供給される。また、水位検知センサ122が水位の上昇を検知すると、この水位検知センサ122からの水位上昇信号に基づいて制御コントローラ124が水供給ポンプ120の作動を停止し、水供給ライン118を通しての水の供給が停止される。このように水供給ポンプ120が作動制御されるので、ボイラ本体112内の水の水位は一定のレベルに保たれる。
A
このタービン装置2においては、低温蒸気タービン42のタービン翼78(これと一体的に回転軸66)が非共沸混合媒体の蒸気によって回動しているときには、水蒸気発生手段110が作動され、水蒸気発生手段110にて発生された水蒸気が水蒸気導入ライン104を通してタービンハウジング76の突出部80,82の環状空間102に送給される。この水蒸気の圧力は圧力制御弁116によってタービン室74の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも高くなるように調整されているので、かかる環状空間102に送給された水蒸気は、内側シール手段88の内シール部材94及び外シール部材96の間隙を通してタービン室74に幾分流入するようになり、かかる水蒸気の流れによってタービン室74内の非共沸混合媒体(特に、アンモニア)がかかる隙間を通して外部に漏れるのを確実に防止することができる。尚、水蒸気導入ライン104を通して環状空間102に送給された水蒸気はタービン室74内に幾分流入するが、非共沸混合媒体はもともと水を含んでいるので、水蒸気が幾分流入したとしても問題となることはない。また、かく環状空間102に供給された水蒸気は外側シール手段90(環状シール部材100と回転軸66の大径部84,86との間隙)を通して幾分外部に漏れるが、漏れるのは水蒸気であるために、幾分漏れたとしても問題となることはない。
In the
このように上述したシール手段72を備えたタービン装置2においては、水蒸気導入ライン104を通して内側シール手段88と外側シール手段90との間の環状空間102に水蒸気を導入するので、この水蒸気の流れによって、タービン室74の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができる。
In the
次に、図3を参照して、タービン装置の変形形態について説明する。尚、以下の形態において、図1及び図2に示す実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。 Next, a modification of the turbine apparatus will be described with reference to FIG. In the following embodiments, members that are substantially the same as those in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図3において、この変形形態のタービン装置2Aにおいては、シール手段72Aは内側シール手段88及び外側シール手段90に加えて中間シール手段132を備え、この中間シール手段132がタービンハウジング76Aの突出部80A,82Aに設けられている。中間シール手段132は、内側シール手段88と外側シール手段90との間に配設され、その先端内周部が回転軸66の外周面に近接して位置しており、内側シール手段88と中間シール手段132との間に内側環状空間134が規定され、また中間シール手段132と外側シール手段90との間に外側環状空間136が規定されている。内側シール手段88及び外側シール手段90の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。
In FIG. 3, in this modified
このことに関連して、水蒸気導入ライン104の一端側は外側環状空間136に連通され、その他端側は、上記実施形態と同様に、水蒸気発生手段(図2参照)に接続される。即ち、水蒸気導入ライン104の一方の分岐ライン106はタービンハウジング76Aの一方の突出部80Aに規定された外側環状空間136に連通され、その他方の分岐ライン108はタービンハウジング76Aの他方の突出部82Aに規定された外側環状空間136に連通されている。更に、タービンハウジング76の一方の突出部80Aに規定された内側環状空間134は水蒸気導出ライン138を介してエンジンの排気流路(図1参照)に連通され、またその他方の突出部82Aに規定された内側環状空間134は水蒸気導出ライン140を介して上記排気流路に連通されている。尚、水蒸気導出ライン138,140は共通の導出ラインを介して排気流路に連通するようにしてもよい。この変形形態のその他の構成は、上述した実施形態と実質上同一である。
In relation to this, one end side of the water
この変形形態のタービン装置2Aにおいては、低温蒸気タービン42のタービン翼78(これと一体的に回転軸66)が非共沸混合媒体の蒸気によって回動しているときには、水蒸気発生手段(図示せず)にて発生された水蒸気が水蒸気導入ライン104(第1及び第2分岐ライン106,108)を通してタービンハウジング76Aの突出部80A,82Aの外側環状空間136に送給される。この水蒸気の圧力は、上述した実施形態と同様に、タービン室74の非共沸混合媒体の蒸気圧力よりも高くなるように設定されているので、かかる環状空間132に送給された水蒸気は、中間シール手段132(その内周部と回転軸66の大径部84,86との間の間隙)を通して軸線方向内側に内側環状空間134に流れる。かく流れた水蒸気の一部は、内側シール手段88の内シール部材94及び外シール部材96の間隙を通してタービン室74に幾分流入するようになり、かかる水蒸気の流れによってタービン室74内の非共沸混合媒体(特に、アンモニア)がかかる隙間を通して外部に漏れるのを確実に防止することができる。また、かかる水蒸気の大部分は水蒸気導出ライン138,140を通してエンジン6の排出流路に流れ、排出流路を流れる排気ガスとともに外部に排出される。仮に、タービン室74から非共沸混合媒体(特に、アンモニア)が内側環状空間134に漏洩した場合、漏洩した非共沸混合媒体の蒸気は、上述した水蒸気の流れとともに水蒸気導出ライン138,140を通してエンジンの排気流路に流れる。エンジンの排気流路には、NOx(窒素酸化物)の濃度を低減するためのNOx触媒が配設されることが多く、このNOx触媒が配設されている場合、非共沸混合媒体のアンモニアはNOx触媒下において排気ガス中のNOxと反応し、排ガス中のNOx濃度が低減される。
In the
尚、このときにおいても、水蒸気導入ライン104から外側環状空間136を通して内側環状空間134に送給された水蒸気はタービン室74内に幾分流入するが、上述したと同様に、特に問題となることはない。また、かく外側環状空間136に供給された水蒸気は外側シール手段90を通して幾分外部に漏れるが、このような漏れも特に問題となることはない。
Even at this time, the water vapor fed from the water
このように上述したシール手段72Aを備えたタービン装置2Aにおいては、水蒸気導入ライン104を通して外側シール手段90と中間シール手段132との間の外側環状空間136に水蒸気を導入し、その後中間シール手段132を通してこの中間シール手段132と内側シール手段88との間の内側環状空間134に導入するので、この水蒸気の流れによって、タービン室74の非共沸混合媒体の外部への漏洩を確実に防止することができる。また、内側環状空間134から水蒸気導出ライン38,140を通してエンジンの排気流路に水蒸気を導出するので、仮にタービン室74から非共沸混合媒体(特に、アンモニア)の蒸気が漏れたとしても、この漏れた蒸気は水蒸気の流れとともにエンジンの排気流路に流れ、この排気流路を通して排出される排気ガスとともに所要の通りに処理することが可能となる。
In the
次に、図4を参照して、他の変形形態のタービン装置について説明する。この他の変形形態では、水蒸気を発生させるための専用の水蒸気発生手段が省略され、第1熱回収系22Bにて生成された水蒸気が水蒸気導入ライン152を通して送給されるように構成されている。
Next, with reference to FIG. 4, a turbine apparatus according to another modified embodiment will be described. In this other modification, a dedicated steam generating means for generating steam is omitted, and the steam generated in the first
図4において、この変形形態では、第1熱回収系22Bの第1循環流路32(第1熱交換器と水蒸気タービン26との間の部位)から分岐して水蒸気導入ライン152が設けられ、この水蒸気導入ライン152の第1分岐ライン154が一方のシール手段72の内側シール手段と外側シール手段との間の環状空間に連通され、またその第2分岐ライン156が他方のシール手段72の内側シール手段と外側シール手段との間に環状空間に連通され、かかる水蒸気導入ライン152に、供給される水蒸気の圧力を設定するための圧力制御弁116が設けられている。この他の変形形態のその他の構成は、図1及び図2に示す実施形態と実質上同一でよい。
In FIG. 4, in this modified embodiment, a
このようなタービン装置2Bにおいては、水蒸気タービン26に送給される水蒸気の一部が、水蒸気導入ライン152を通してシール手段72の内側シール手段及び外側シール手段の間に規定される環状空間に送給されるようになるので、水蒸気を発生するための専用の水蒸気発生手段が不要となり、水蒸気を導入するため必要な構成の簡略化を図ることができる。
In such a
尚、上述した変形形態では、水蒸気タービン26に送給される水蒸気の一部を利用する、換言すると、エンジンからの排気ガスの熱を利用して発生する水蒸気を水蒸気導入ライン152を通して導入しているが、これに限定されず、低温蒸気タービン42に送給される蒸気を利用して水蒸気を発生させ、このように発生させた水蒸気を水蒸気導入ライン152を通して導入するようにしてもよい。
In the above-described modification, a part of the steam supplied to the
以上、本発明に従うタービン装置の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。 As mentioned above, although embodiment of the turbine apparatus according to this invention was described, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation thru | or correction | amendment are possible without deviating from the scope of the present invention.
2,2A,2B タービン装置
4 過給機
6 エンジン
22 第1熱回収系
24 第2熱回収系
26 水蒸気タービン
42 低温蒸気タービン
66 回転軸
72,72A シール手段
74 タービン室
76 タービンハウジング
88 内側シール手段
90 外側シール手段
102 環状空間
104,152 水蒸気導入ライン
110 水蒸気発生手段
116 圧力制御弁
132 中間シール手段
134 内側環状空間
136 外側環状空間
138,140 水蒸気導出ライン
2, 2A, 2B Turbine device 4 Supercharger 6
Claims (2)
前記シール手段は、前記タービンハウジングの内側部位と前記回転軸との間をシールする内側シール手段と、前記タービンハウジングの内側部位より軸線方向外側に位置する外側部位と前記回転軸との間をシールする外側シール手段と、前記内側シール手段と前記外側シール手段との間に設けられた中間シール手段と、水蒸気を導入するための水蒸気導入ラインと、を備え、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気は、前記外側シール手段と前記中間シール手段との間の外側環状空間に導入され、前記水蒸気導入ラインから導入される水蒸気の圧力は、前記タービン室に導入される作動媒体の蒸気圧力よりも高く設定されており、また前記中間シール手段と前記内側シール手段との間の内側環状空間が、前記作動媒体を生成するためのエンジンの排気系に連通されていることを特徴とするタービン装置。 Turbine housing defining a turbine blade to be rotated non-azeotropic mixed medium of ammonia and water as working medium, a rotary shaft for rotatably supporting the turbine blades, the turbine chamber for housing the turbine blades And a sealing means for sealing between the rotating shaft and the turbine housing,
The seal means seals between an inner portion of the turbine housing and the rotary shaft, and seals between an outer portion located on the outer side in the axial direction from the inner portion of the turbine housing and the rotary shaft. Water vapor introduced from the water vapor introduction line , comprising: an outer seal means for performing the operation, an intermediate seal means provided between the inner seal means and the outer seal means, and a water vapor introduction line for introducing water vapor. Is introduced into the outer annular space between the outer seal means and the intermediate seal means, and the pressure of the steam introduced from the steam introduction line is higher than the steam pressure of the working medium introduced into the turbine chamber. An inner annular space between the intermediate sealing means and the inner sealing means is provided for generating the working medium. Turbine unit, characterized in that in communication with the gin of the exhaust system.
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