JP5802630B2 - Steam turbine equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、蒸気タービン設備に関する。 Embodiments of the present invention relate to steam turbine equipment.
火力発電所などで用いられる蒸気タービンの熱効率の向上は、エネルギ資源の有効利用や、二酸化炭素(CO2)排出量の削減につながる重要な課題となっている。蒸気タービンの熱効率の向上は、与えられたエネルギを有効に機械仕事に変換することで達成することができ、そのためには様々な内部損失を低減することが必要である。 Improving the thermal efficiency of steam turbines used in thermal power plants and the like is an important issue that leads to effective use of energy resources and reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions. An improvement in the thermal efficiency of a steam turbine can be achieved by effectively converting the given energy into mechanical work, which requires reducing various internal losses.
蒸気タービンの内部損失には、翼の形状に起因するプロファイル損失、蒸気の二次流れ損失、蒸気の漏洩損失、蒸気の湿り損失などに基づくタービン翼列損失、蒸気弁やクロスオーバ管に代表される翼列以外の通路における通路部損失、タービン段落の最終段下流におけるタービン排気損失などがある。 The internal loss of a steam turbine is typified by a turbine blade row loss based on profile loss due to blade shape, steam secondary flow loss, steam leakage loss, steam wetting loss, steam valves, and crossover pipes. There are passage portion losses in passages other than the blade rows, turbine exhaust loss downstream of the last stage of the turbine stage, and the like.
これら損失の中で、タービン排気損失は、全内部損失の10〜20%を占める大きな損失である。タービン排気損失は、タービン段落の最終段出口から復水器入口までの間で発生する損失であり、リービング損失、フード損失、ターンナップ損失などにさらに分類される。このうち、フード損失は、排気室内を通過する蒸気による圧力損失であり、蒸気の軸流速度、すなわち排気室を通過する体積流量に依存する。そのため、フード損失は、ディフューザを含めた排気室の形式、形状、サイズに依存する。 Among these losses, the turbine exhaust loss is a large loss that accounts for 10 to 20% of the total internal loss. Turbine exhaust loss is a loss that occurs between the final stage outlet of the turbine stage and the condenser inlet, and is further classified into a leaving loss, a hood loss, a turn-up loss, and the like. Among these, the hood loss is a pressure loss due to the steam passing through the exhaust chamber, and depends on the axial flow velocity of the steam, that is, the volume flow rate passing through the exhaust chamber. Therefore, the hood loss depends on the type, shape, and size of the exhaust chamber including the diffuser.
一般に、圧力損失は、蒸気の流速の二乗に比例して大きくなるため、許容される範囲で排気室のサイズを大きくして蒸気の流速を低減することが効果的である。しかしながら、排気室のサイズを大きくする際、製造コストや建屋の配置スペースなどからの制約を受ける。フード損失を低減させるために排気室のサイズを大きくする際にも、このような制約を受ける。そのため、限られた排気室のサイズで、圧力損失の小さい形状とすることが重要となる。 In general, the pressure loss increases in proportion to the square of the steam flow velocity. Therefore, it is effective to reduce the steam flow velocity by increasing the size of the exhaust chamber within an allowable range. However, when the size of the exhaust chamber is increased, there are restrictions from the manufacturing cost and the layout space of the building. Such restrictions are also imposed when the size of the exhaust chamber is increased in order to reduce the hood loss. Therefore, it is important to have a shape with a small pressure loss with a limited exhaust chamber size.
図11は、従来の蒸気タービン設備における軸流排気型の排気室210およびこの排気室210と連結ダクト211を介して接続された復水器212の鉛直方向の断面を模式的に示した図である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing a vertical section of an axial exhaust
図11に示すように、従来の蒸気タービン設備では、軸流排気型の排気室210を備えた蒸気タービン200、復水器212、および排気室210と復水器212とを水平方向に連通させる連結ダクト211を備えている。排気室210は、下流側に行くに伴って徐々に流路断面積が増加している。すなわち、排気室210は、ディフューザとしての機能を備えている。
As shown in FIG. 11, in the conventional steam turbine equipment, the
また、排気室210には、図11に示すように、例えば、タービン排気の流れを遮るように、半径方向(タービンロータ軸と垂直に交わる直線の方向)に亘って、複数の内部構造物217が存在する。
In addition, as shown in FIG. 11, for example, the
復水器212の中央には、タービン排気を冷却し、凝縮させて復水にする凝縮部213が備えられている。この凝縮部213には、例えば、内部に冷却水が流れる複数の冷却管からなる冷却管束(図示しない)が配置されている。なお、冷却管は、後述する機内配管214には含まれない。
At the center of the condenser 212 is provided a
連結ダクト211や復水器212の内部には、例えば、非常運転時に蒸気タービン200に供給される蒸気を復水器212に放出するためのタービンバイパス配管などの機内配管214が設けられている。機内配管214は、例えば、図11に示すように、連結ダクト211や復水器212の幅方向(図11では紙面に垂直な方向)に亘って、タービン排気の流れを遮るように設けられている。
Inside the
従来の蒸気タービン設備では、静翼205および動翼206からなる最終段のタービン段落を通過したタービン排気は、排気室210内を、静圧を回復しつつ、減速しながら流れる。そして、タービン排気は、連結ダクト211を介して復水器212内に流入し、凝縮部213で凝縮されて復水となり、落下して底部のホットウェル215に溜められる。ホットウェル215に溜められた復水は、ボイラなどの蒸気発生器に戻される。
In the conventional steam turbine equipment, the turbine exhaust that has passed through the final stage turbine stage composed of the
上記した従来の蒸気タービン設備において、タービン排気は、連結ダクト211を通過し、復水器212に導入される際、機内配管214によって流れが阻害される。そのため、タービン排気の圧力損失が増加する。
In the conventional steam turbine equipment described above, the flow of the turbine exhaust is blocked by the in-
本発明が解決しようとする課題は、蒸気タービンの軸流排気型の排気室の下流側に配置される連結ダクトや復水器におけるタービン排気の圧力損失を低減することができる蒸気タービン設備を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide steam turbine equipment that can reduce the pressure loss of turbine exhaust in a connecting duct or condenser located downstream of an axial exhaust type exhaust chamber of a steam turbine. It is to be.
実施形態の蒸気タービン設備は、軸流排気型の排気室を備える蒸気タービンと、前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を復水とする復水器と、前記蒸気タービンの排気室と前記復水器との間を連結する連結ダクトと、非常運転時に前記蒸気タービンに供給される蒸気を前記復水器に放出するためのタービンバイパス配管を少なくとも含む機内配管とを備える。 The steam turbine equipment of the embodiment includes a steam turbine including an axial exhaust type exhaust chamber, a condenser that uses the turbine exhaust discharged from the steam turbine as condensate, the exhaust chamber of the steam turbine, and the condensate. A connecting duct that connects the steam turbine to the condenser, and an in-machine pipe that includes at least a turbine bypass pipe for discharging steam supplied to the steam turbine to the condenser during an emergency operation.
そして、前記連結ダクトの内壁面の出口端部における、前記連結ダクトの長手方向の接線を、前記復水器の内部に亘って延長したときに、当該接線よりも外側となる、前記復水器内の死水域に、前記機内配管が配置されている。 And when the tangent of the longitudinal direction of the said connection duct is extended over the inside of the said condenser at the exit edge part of the inner wall face of the said connection duct, the said condenser which becomes outside the said tangent The in-machine piping is arranged in the dead water area.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の鉛直方向断面を模式的に示した図である。また、以下において、同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a vertical section of the
図1に示すように、蒸気タービン設備10は、軸流排気型の排気室30を備えた蒸気タービン20(軸流排気タービン)、排気室30の水平方向に接続された連結ダクト40、この連結ダクト40を介して排気室30と連結された復水器50を備えている。
As shown in FIG. 1, the
蒸気タービン20は、ケーシング21を備え、このケーシング21内には、動翼22が植設されたタービンロータ23が貫設されている。動翼22を周方向に複数植設されることで動翼翼列を構成し、この動翼翼列をタービンロータ23の軸方向に複数段備えている。タービンロータ23は、図示しないロータ軸受によって回転可能に支持されている。
The
ケーシング21の内周には、タービンロータ23の軸方向に動翼22と交互になるように、ダイヤフラム24a、24bに支持された静翼25が配設されている。静翼25を周方向に複数植設されることで静翼翼列を構成し、静翼翼列と直下流側に位置する動翼翼列とで一つのタービン段落を構成している。
On the inner periphery of the casing 21,
最終のタービン段落の下流側には、タービン段落において膨張仕事をした蒸気を排気するための排気室30が設けられている。この排気室30は、タービンロータ23の周囲にタービンロータ23の軸方向に沿って配置される内周壁31と、この内周壁31の外周を包囲するように配置される外周壁32との間に形成される排気流路33を有している。この排気流路33は、下流方向に拡開し、最終のタービン段落から流出した蒸気が通過する環状の流路を構成している。なお、図1において、内周壁31は、断面ではなく、その外形が示されている。
On the downstream side of the final turbine stage, there is provided an
排気流路33は、いわゆるディフューザとして機能し、蒸気の流速を徐々に低減し、静圧を回復させる働きがある。また、排気流路33には、図1に示すように、例えば、複数の内部構造物34が存在する。内部構造物34は、図1に示すように、例えば、周方向に亘って均等に配置され、内周壁31と外周壁32との間に、半径方向(タービンロータ軸と垂直に交わる直線の方向)に亘って存在している。すなわち、内部構造物34は、例えば、外周壁32側から内周壁31側に向かって、半径方向に延出し、このような内部構造物34が周方向に複数備えられている。なお、排気流路33に内部構造物34を備えない構成であってもよい。
The
排気流路33の出口35は、図1に示すように、例えば、外周壁32および内周壁31の双方の下流側の端部間に形成される環状の開口によって形成される。排気流路33の出口35は、連結ダクト40を介して、復水器50に接続される。なお、図1において、復水器50は、その一部ついてのみ断面で示している。
As shown in FIG. 1, the
次に、蒸気タービン設備10における連結ダクト40および復水器50の構成について説明する。
Next, the structure of the
図2は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10における連結ダクト40および復水器50の鉛直方向断面を模式的に示した図である。図3は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10における連結ダクト40および復水器50の水平方向断面を模式的に示した図である。なお、図3は、図2において復水器50の入口における開口51の中心51aを通るA−A断面に相当する断面を示している。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a vertical section of the connecting
図2および図3に示すように、連結ダクト40の入口における開口41の形状は、排気室30の出口の形状に対応させて円形に構成されている。連結ダクト40の出口における開口42の形状は、復水器50の入口における開口51の形状と同一に構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the shape of the
例えば、復水器50の入口における開口51の形状が四角形の場合には、連結ダクト40は、連結ダクト40の流路断面形状が、入口側から出口側に向かって、円形から四角形に徐々に変形するように構成される。なお、ここでいう四角形には、例えば、四隅が曲率を有して構成された略四角形なども含む。連結ダクト40の形状は、これに限らず、復水器50の入口における開口51の形状や、開口51が形成される位置などに基づいて適宜設定される。
For example, when the shape of the
ここで、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の入口の開口面積Adとの比(Ac/Ad)は、1以上に設定される。Ac/Adが1の場合には、連結ダクト40の流路断面積が、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に亘って、流路断面積が一定となる。また、Ac/Adが1を超える場合には、例えば、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、流路断面積が徐々に増加する構成となる。この場合、連結ダクト40は、ディフューザとしての機能を備える。なお、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の出口における開口面積は同じである。
Here, the ratio (Ac / Ad) between the opening area Ac of the inlet of the
ここでは、図2に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが一定となり、図3に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加する連結ダクト40の一例を示している。すなわち、連結ダクト40は、連結ダクト40の入口から連結ダクト40の出口に向かって、流路断面積が徐々に増加するように構成される。
Here, as shown in FIG. 2, from the inlet of the connecting
ここで、流路断面高さHとは、鉛直方向断面において長手方向に延びる連結ダクト40の中心軸に垂直な方向における、連結ダクト40の、内壁面43と内壁面44との間の距離である。流路断面幅Wとは、水平方向断面において長手方向に延びる連結ダクト40の中心軸に垂直な方向における、連結ダクト40の、内壁面45と内壁面46との間の距離である。
Here, the channel cross-sectional height H is the distance between the
また、ここで示した復水器50においては、図3に示すように、入口における開口51は、復水器50の幅方向(図3では上下方向)の全体に亘って形成されている。
Moreover, in the
連結ダクト40において、図2に示すように、連結ダクト40の入口における開口41の中心41aは、復水器50の入口における開口51の中心51aよりも鉛直方向の上方に位置している。すなわち、連結ダクト40は、下流に行くに伴い下方に傾斜する構成となっている。このような構成は、例えば、蒸気タービン20の設置位置よりも、復水器50を下方に設置するときなどに採用される。
In the connecting
復水器50は、蒸気タービン20から排出されたタービン排気を連結ダクト40を介して導入し、復水とする。図2および図3に示すように、復水器50の中央には、タービン排気を冷却し、凝縮させて復水にする凝縮部52が備えられている。この凝縮部52には、例えば、内部に冷却水が流れる複数の冷却管からなる冷却管束(図示しない)が配置されている。なお、冷却管は、後述する機内配管60には含まれない。
The
冷却管の表面とタービン排気との間の熱伝達によって、タービン排気は冷却され、凝縮して復水となる。復水器50の底部には、落下した復水を溜めるホットウェル53が構成されている。このホットウェル53に溜められた復水は、給水としてボイラなどの蒸気発生器に戻される。
Due to the heat transfer between the surface of the cooling pipe and the turbine exhaust, the turbine exhaust is cooled and condensed to condensate. A
復水器50内には、例えば、非常運転時に蒸気タービン20に供給される蒸気を復水器50に放出するためのタービンバイパス配管などの機内配管60が設けられている。ここで、非常運転時とは、例えば、蒸気が蒸気タービンを稼働する条件に達していない時、事故などの事情によって速やかに蒸気タービンの運転を停止しなければならない時などが挙げられる。また、機内配管としては、タービンバイパス配管以外に、例えば、ネックヒータなどの配管も挙げられる。なお、上記したように、機内配管60には、凝縮部52に配置される冷却管は含まない。
In the
ここで、機内配管60が配置される復水器50内の領域について説明する。
Here, the area | region in the
連結ダクト40の内壁面の出口端部における、連結ダクト40の長手方向の接線を、復水器50の内部に亘って延長したときに、この接線よりも外側となる、復水器50内の死水域70に、機内配管60は配置される。
When the tangent in the longitudinal direction of the connecting
具体的には、機内配管60は、図2に示すように、例えば、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る連結ダクト40の長手方向に沿う鉛直方向断面において、連結ダクト40の内壁面43、44の出口端部43a、44aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L1、L2を、復水器50の内部に亘って延長したときに、接線L1、L2よりも外側となる、復水器50内の死水域70に配置される。
Specifically, as shown in FIG. 2, the in-
死水域70は、鉛直方向断面が示された図2においては、接線L1の上方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域、および接線L2の下方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域に存在する。
In FIG. 2 where the vertical cross section is shown, the
一方、図3に示す、復水器50の開口51の中心51aを通る水平方向断面においては、連結ダクト40の内壁面45、46の出口端部45a、46aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L3、L4は、復水器50の外部に形成されるため、死水域70は形成されない。
On the other hand, in the horizontal cross section passing through the
なお、ここでは、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る鉛直方向断面および水平方向断面を例示して説明しているが、中心51aを通る、連結ダクト40の長手方向に沿う他の断面においても、死水域70の定義や機内配管60の配置領域は、これと同様である。
In addition, although the vertical direction cross section and horizontal direction cross section which pass along the
このように、死水域70は、復水器50の開口51の中心51aを通る連結ダクト40の長手方向に沿う各断面における、上記した各接線の外側で、かつ復水器50の内壁面に覆われる領域に構成される。上記したような死水域70は、連結ダクト40から復水器50内へ、タービン排気が流入する際に、流路として使用されない領域である。
Thus, the
なお、ここでは、接線L1の外側の死水域70に、機内配管60を復水器50の幅方向(図2では紙面に垂直な方向)に配置した一例を示しているが、機内配管60の配置位置は、これに限られるものではない。機内配管60は、死水域70に配置されていればよい。そのため、例えば、接線L2の外側の死水域70に機内配管60を配置することもできる。
Here, an example in which the in-
上記した実施の形態では、図2に示すように、復水器50の上方端側から入口の開口51が形成された一例を示しているが、例えば、復水器50の上方端からではなく、復水器50の高さ方向(図2では上下方向)の中央部に、開口51を形成してもよい。この場合には、接線L1の外側に形成される死水域70の範囲が広がる。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 2, an example in which the
上記した構成を備える蒸気タービン設備10において、蒸気タービン20の排気流路33から連結ダクト40に流入したタービン排気は、復水器50の入口の開口51から復水器50内に流入する。復水器50内に流入したタービン排気は、主として死水域70の内側、すなわち、例えば、図2においては、接線L1、接線L2の内側を流れ、凝縮部52に流入する。この際、連結ダクト40内や復水器50内のタービン排気が流れる主流路に、例えば機内配管60などの流れを妨げる構造物がないため、タービン排気の圧力損失を低減することができる。
In the
凝縮部52に流入したタービン排気は、凝縮部52の冷却管の表面との熱伝達によって冷却され、凝縮して復水となる。生成した復水は、落下し、底部のホットウェル53に溜められる。ホットウェル53に溜められた復水は、給水としてボイラなどの蒸気発生器に戻される。
The turbine exhaust gas that has flowed into the condensing
第1の実施の形態の蒸気タービン設備10によれば、復水器50内の上記した死水域70に機内配管60を備えるため、連結ダクト40内や復水器50内におけるタービン排気の圧力損失を低減することができる。
According to the
ここで、水平方向断面における連結ダクト40の形状は、図3に示した形状に限られるものではない。図4および図5は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10における、他の構成を備える連結ダクト40および復水器50の水平方向断面を模式的に示した図である。なお、図4および図5には、図2において復水器50の入口における開口51の中心51aを通るA−A断面に相当する断面が示されている。図6は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の復水器50が示された図4のB−B断面を示す図である。
Here, the shape of the connecting
なお、図4および図5に示されたいずれの連結ダクト40も、鉛直方向断面における連結ダクト40の形状は、図2に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、流路断高さHが一定となるように構成されている。
4 and 5, the shape of the
図4および図5に示すように、復水器50の入口における開口51は、復水器50の幅方向(図4および図5では上下方向)の中央部に形成されている。すなわち、復水器50の入口における開口51は、復水器50の幅方向全体に亘って形成されず、中央部に形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
連結ダクト40は、例えば、図4に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加するように構成される。この場合、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加する構成となる。
For example, as shown in FIG. 4, the connecting
また、連結ダクト40は、例えば、図5に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが一定となるように構成することもできる。この場合、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積は一定となる。この場合、前述したAc/Adが1となる。
Moreover, the
図4および図5に示されたいずれの連結ダクト40においても、連結ダクト40の出口における開口42の形状は、復水器50の入口における開口51の形状と同一に構成されている。
In any of the connecting
例えば、図4および図5に示された、復水器50の開口51の中心51aを通る水平方向断面において、死水域70は、連結ダクト40の内壁面45、46の出口端部45a、46aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L3、L4を、復水器50の内部に亘って延長したときに、接線L3、L4よりも外側となる、復水器50内の領域に形成される。
For example, in the horizontal cross section passing through the
この場合、例えば、図4〜図6に示すように、復水器50内の死水域70に、復水器50の幅方向に垂直で、かつ水平方向に機内配管60を配置することができる。このように機内配管60を配置することで、蒸気タービンから直線的に機内配管60を配管することができる。そのため、機内配管60の配管長さを最小限に抑えることができるとともに、機内配管60の内部における蒸気の圧力損失を低減することができる。
In this case, for example, as shown in FIGS. 4 to 6, the in-
この場合、復水器50に位置する機内配管60の一端部は、例えば、封止されている。また、図6には、図4のB−B断面を示しているが、図5に示された復水器50においても、図4のB−B断面に相当する断面の構造は、図6の構造と同様である。
In this case, one end of the in-
このように、他の形状の連結ダクト40を備える場合においても、死水域70に機内配管60を備えることで、連結ダクト40内や復水器50内のタービン排気が流れる主流路に、例えば機内配管60などの流れを妨げる構造物が存在しない。そのため、タービン排気の圧力損失を低減することができる。
As described above, even when the
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態の蒸気タービン設備11は、連結ダクト40および復水器50の構成以外は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の構成と同じであるため、ここでは、連結ダクト40および復水器50の構成について主に説明する。
(Second Embodiment)
Since the
図7は、第2の実施の形態の蒸気タービン設備11における連結ダクト40および復水器50の鉛直方向断面を模式的に示した図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a vertical section of the connecting
蒸気タービン20の排気室30の出口35は、連結ダクト40を介して、復水器50に接続される。図7に示すように、復水器50の入口における開口51は、復水器50の高さ方向(図7では上下方向)の中央部に形成されている。そして、連結ダクト40の出口の開口42と、復水器50の入口における開口51とが対向し、連通するように、連結ダクト40の出口側が復水器50に連結されている。
The
第1の実施の形態と同様に、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の入口の開口面積Adとの比(Ac/Ad)は、1以上に設定されている。なお、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の出口における開口面積は同じである。
Similar to the first embodiment, the ratio (Ac / Ad) between the opening area Ac of the inlet of the
連結ダクト40は、図7に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが一定である。連結ダクト40の水平方向断面の形状は、第1の実施の形態において説明した図3に示した形状と同じであり、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加している。すなわち、連結ダクト40は、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加するように構成される。
As shown in FIG. 7, the connecting
連結ダクト40において、図7に示すように、連結ダクト40の入口における開口41の中心41aは、復水器50の入口における開口51の中心51aよりも鉛直方向の下方に位置している。すなわち、連結ダクト40は、下流に行くに伴い上方に傾斜する構成となっている。このような構成は、例えば、復水器50の設置位置よりも、蒸気タービン20を下方に設置するときなどに採用される。この場合、例えば、ポンプの性能に依存する復水器50の高さを従来の復水器と同様に取りながら、蒸気タービン20全体の高さを下げることが可能となる。
In the connecting
ここで、機内配管60が配置される復水器50内の領域について説明する。
Here, the area | region in the
連結ダクト40の内壁面の出口端部における、連結ダクト40の長手方向の接線を、復水器50の内部に亘って延長したときに、この接線よりも外側となる、復水器50内の死水域70に、機内配管60は配置される。
When the tangent in the longitudinal direction of the connecting
具体的には、機内配管60は、図7に示すように、例えば、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る連結ダクト40の長手方向に沿う鉛直方向断面において、連結ダクト40の内壁面43、44の出口端部43a、44aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L1、L2を、復水器50の内部に亘って延長したときに、接線L1、L2よりも外側となる、復水器50内の死水域70に配置される。
Specifically, as shown in FIG. 7, the in-
死水域70は、鉛直方向断面が示された図7においては、接線L1の上方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域、および接線L2の下方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域に存在する。
In FIG. 7 where the vertical cross section is shown, the
一方、水平方向断面においては、第1の実施の形態において図3を参照して説明したとおり、連結ダクト40の内壁面45、46の出口端部45a、46aにおける、連結ダクトの長手方向の接線L3、L4は、復水器50の外部に形成されるため、死水域70は形成されない。
On the other hand, in the horizontal cross section, as described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the tangent in the longitudinal direction of the connecting duct at the
なお、ここでは、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る鉛直方向断面および水平方向断面を例示して説明しているが、中心51aを通る、連結ダクト40の長手方向に沿う他の断面においても、死水域70の定義や機内配管60の配置領域は、これと同様である。
In addition, although the vertical direction cross section and horizontal direction cross section which pass along the
また、ここでは、接線L1の外側の死水域70に、機内配管60を復水器50の幅方向(図7では紙面に垂直な方向)に配置した一例を示しているが、機内配管60の配置位置は、これに限られるものではない。機内配管60は、死水域70に配置されていればよい。そのため、例えば、接線L2の外側の死水域70に機内配管60を配置することもできる。
Here, an example is shown in which the in-
第2の実施の形態の蒸気タービン設備11によれば、復水器50内の上記した死水域70に、機内配管60を備えるため、連結ダクト40内や復水器50内におけるタービン排気の圧力損失を低減することができる。
According to the
ここで、水平方向断面における連結ダクト40の形状は、図3に示した形状に限られるものではない。第1の実施の形態において図4〜図6を参照して説明した、連結ダクト40および復水器50の他の構成を、第2の実施の形態においても、採用することができる。
Here, the shape of the connecting
ここでは、連結ダクト40は、図7に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが一定となるように構成される。そのため、図4に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加する連結ダクト40を構成した場合には、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加する構成となる。一方、図5に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが一定となる連結ダクト40を構成した場合には、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積は一定となる。この場合、前述したAc/Adが1となる。
Here, as shown in FIG. 7, the
なお、図4および図5に示されたいずれの連結ダクト40においても、連結ダクト40の出口における開口42の形状は、復水器50の入口における開口51の形状と同一に構成されている。
4 and 5, the shape of the
上記したように、他の構成の連結ダクト40および復水器50を備える場合においても、死水域70に機内配管60を備えることで、連結ダクト40内や復水器50内のタービン排気が流れる主流路に、例えば機内配管60などの流れを妨げる構造物が存在しない。そのため、タービン排気の圧力損失を低減することができる。
As described above, even when the
ここでは、図7に示す鉛直方向断面において、復水器50の入口における開口51を復水器50の高さ方向(図7では上下方向)の中央部に形成した一例を示したが、第1の実施の形態における図2に示すように、復水器50の上方端側から開口51が形成されてもよい(例えば、図2参照)。この場合には、接線L1の外側には死水域70は形成されず、接線L2の外側の死水域70の範囲が広がる。
Here, in the vertical cross section shown in FIG. 7, an example in which the
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態の蒸気タービン設備12は、連結ダクト40および復水器50の構成以外は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の構成と同じであるため、ここでは、連結ダクト40および復水器50の構成について主に説明する。
(Third embodiment)
Since the
図8は、第3の実施の形態の蒸気タービン設備12における連結ダクト40および復水器50の鉛直方向断面を模式的に示した図である。
FIG. 8 is a diagram schematically showing a vertical section of the connecting
蒸気タービン20の排気室30の出口35は、連結ダクト40を介して、復水器50に接続される。図8に示すように、復水器50の入口における開口51は、復水器50の上方端側から形成されている。連結ダクト40の出口の開口42と、復水器50の入口における開口51とが対向し、連通するように、連結ダクト40の出口側が復水器50に連結されている。
The
第1の実施の形態と同様に、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の入口の開口面積Adとの比(Ac/Ad)は、1以上に設定されている。なお、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の出口における開口面積は同じである。
Similar to the first embodiment, the ratio (Ac / Ad) between the opening area Ac of the inlet of the
連結ダクト40は、図8に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが徐々に増加するように構成される。連結ダクト40の水平方向断面の形状は、第1の実施の形態において説明した図3に示した形状と同じであり、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加している。すなわち、連結ダクト40は、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加するように構成される。
As shown in FIG. 8, the connecting
連結ダクト40において、図8に示すように、連結ダクト40の入口における開口41の中心41aと、復水器50の入口における開口51の中心51aとが同一水平面上に位置している。すなわち、連結ダクト40の長手方向に延びる中心軸が水平になるように、連結ダクト40が設置されている。このような構成は、例えば、蒸気タービン20と復水器50が同じ高さの設置位置に設置されるときなどに採用される。
In the connecting
ここで、機内配管60が配置される復水器50内の領域について説明する。
Here, the area | region in the
連結ダクト40の内壁面の出口端部における、連結ダクト40の長手方向の接線を、復水器50の内部に亘って延長したときに、この接線よりも外側となる、復水器50内の死水域70に、機内配管60は配置される。
When the tangent in the longitudinal direction of the connecting
具体的には、機内配管60は、図8に示すように、例えば、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る連結ダクト40の長手方向に沿う鉛直方向断面において、連結ダクト40の内壁面43、44の出口端部43a、44aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L1、L2を、復水器50の内部に亘って延長したときに、接線L1、L2よりも外側となる、復水器50内の死水域70に配置される。
Specifically, as shown in FIG. 8, the in-
ここでは、接線L1は、復水器50の外部に形成されるため、接線L1の外側においては、死水域70は形成されない。そのため、死水域70は、鉛直方向断面が示された図8においては、接線L2の下方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域に存在する。機内配管60は、この接線L2の外側に形成される死水域70に配置される。
Here, since the tangent line L1 is formed outside the
一方、水平方向断面においては、第1の実施の形態において図3を参照して説明したとおり、連結ダクト40の内壁面45、46の出口端部45a、46aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L3、L4は、復水器50の外部に形成されるため、死水域70は形成されない。
On the other hand, in the horizontal cross section, as described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the
なお、ここでは、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る鉛直方向断面および水平方向断面を例示して説明しているが、中心51aを通る、連結ダクト40の長手方向に沿う他の断面においても、死水域70の定義や機内配管60の配置領域は、これと同様である。
In addition, although the vertical direction cross section and horizontal direction cross section which pass along the
また、ここでは、接線L2の外側の死水域70に、機内配管60を復水器50の幅方向(図8では紙面に垂直な方向)に配置した一例を示しているが、機内配管60の配置位置は、これに限られるものではない。機内配管60は、死水域70に配置されていればよい。
Here, an example in which the in-
例えば、接線L2の外側の死水域70に、復水器50の幅方向に垂直で、かつ水平方向に、機内配管60を配置してもよい。このように機内配管60を配置することで、蒸気タービンから直線的に機内配管60を配管することができる。そのため、機内配管60の配管長さを最小限に抑えることができるとともに、機内配管60の内部における蒸気の圧力損失を低減することができる。
For example, the in-
第3の実施の形態の蒸気タービン設備12によれば、復水器50内の上記した死水域70に、機内配管60を備えるため、連結ダクト40内や復水器50内におけるタービン排気の圧力損失を低減することができる。
According to the
ここで、水平方向断面における連結ダクト40の形状は、図3に示した形状に限られるものではない。第1の実施の形態において図4〜図6を参照して説明した、連結ダクト40および復水器50の他の構成を、第3の実施の形態においても、採用することができる。
Here, the shape of the connecting
ここでは、連結ダクト40は、図8に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが徐々に増加するように構成される。そのため、図5に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが一定となるように連結ダクト40を構成した場合においても、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加する構成となる。
Here, as shown in FIG. 8, the connecting
上記したように、他の構成の連結ダクト40および復水器50を備える場合においても、死水域70に機内配管60を備えることで、連結ダクト40内や復水器50内のタービン排気が流れる主流路に、例えば機内配管60などの流れを妨げる構造物が存在しない。そのため、タービン排気の圧力損失を低減することができる。
As described above, even when the
なお、上記した実施の形態では、図8に示す鉛直方向断面において、復水器50の上方端側から入口の開口51が形成された一例を示しているが、例えば、復水器50の高さ方向(図8では上下方向)の中央部に、開口51を形成してもよい(例えば、図7参照)。この場合には、接線L1および接線L2の外側に死水域70を形成することができる。
In the above-described embodiment, an example is shown in which the
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態の蒸気タービン設備13は、連結ダクト40および復水器50の構成以外は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の構成と同じであるため、ここでは、連結ダクト40および復水器50の構成について主に説明する。
(Fourth embodiment)
Since the
図9は、第4の実施の形態の蒸気タービン設備13における連結ダクト40および復水器50の鉛直方向断面を模式的に示した図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a vertical section of the connecting
蒸気タービン20の排気室30の出口35は、連結ダクト40を介して、復水器50に接続される。図9に示すように、復水器50の入口における開口51は、復水器50の高さ方向(図9では上下方向)の中央部に形成されている。そして、連結ダクト40の出口の開口42と、復水器50の入口における開口51とが対向し、連通するように、連結ダクト40の出口側が復水器50に連結されている。
The
第1の実施の形態と同様に、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の入口の開口面積Adとの比(Ac/Ad)は、1以上に設定されている。なお、復水器50の入口の開口面積Acと、連結ダクト40の出口における開口面積は同じである。
Similar to the first embodiment, the ratio (Ac / Ad) between the opening area Ac of the inlet of the
連結ダクト40は、図9に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが一定である。連結ダクト40の水平方向断面の形状は、第1の実施の形態において説明した図3に示した形状と同じであり、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加している。すなわち、連結ダクト40は、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加するように構成される。
As shown in FIG. 9, the connecting
連結ダクト40において、図9に示すように、連結ダクト40の入口における開口41の中心41aと、復水器50の入口における開口51の中心51aとが同一水平面上に位置している。すなわち、連結ダクト40の長手方向に延びる中心軸が水平になるように、連結ダクト40が設置されている。このような構成は、例えば、蒸気タービン20と復水器50が同じ高さの設置位置に設置されるときなどに採用される。
In the connecting
ここで、機内配管60が配置される復水器50内の領域について説明する。
Here, the area | region in the
連結ダクト40の内壁面の出口端部における、連結ダクト40の長手方向の接線を、復水器50の内部に亘って延長したときに、この接線よりも外側となる、復水器50内の死水域70に、機内配管60は配置される。
When the tangent in the longitudinal direction of the connecting
具体的には、機内配管60は、図9に示すように、例えば、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る連結ダクト40の長手方向に沿う鉛直方向断面において、連結ダクト40の内壁面43、44の出口端部43a、44aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L1、L2を、復水器50の内部に亘って延長したときに、接線L1、L2よりも外側となる、復水器50内の死水域70に配置される。
Specifically, as shown in FIG. 9, the in-
死水域70は、鉛直方向断面が示された図9においては、接線L1の上方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域、および接線L2の下方でかつ復水器50の内壁面に覆われる領域に存在する。
In FIG. 9 in which the vertical cross section is shown, the
一方、水平方向断面においては、第1の実施の形態において図3を参照して説明したとおり、連結ダクト40の内壁面45、46の出口端部45a、46aにおける、連結ダクト40の長手方向の接線L3、L4は、復水器50の外部に形成されるため、死水域70は形成されない。
On the other hand, in the horizontal cross section, as described with reference to FIG. 3 in the first embodiment, the
なお、ここでは、復水器50の入口における開口51の中心51aを通る鉛直方向断面および水平方向断面を例示して説明しているが、中心51aを通る、連結ダクト40の長手方向に沿う他の断面においても、死水域70の定義や機内配管60の配置領域は、これと同様である。
In addition, although the vertical direction cross section and horizontal direction cross section which pass along the
また、ここでは、接線L1の外側の死水域70に、機内配管60を復水器50の幅方向(図9では紙面に垂直な方向)に配置した一例を示しているが、機内配管60の配置位置は、これに限られるものではない。機内配管60は、死水域70に配置されていればよい。そのため、例えば、接線L2の外側の死水域70に機内配管60を配置することもできる。
Here, an example in which the in-
また、例えば、接線L1または接線L2の外側の死水域70に、復水器50の幅方向に垂直で、かつ水平方向に、機内配管60を配置してもよい。このように機内配管60を配置することで、蒸気タービンから直線的に機内配管60を配管することができる。そのため、機内配管60の配管長さを最小限に抑えることができるとともに、機内配管60の内部における蒸気の圧力損失を低減することができる。
Further, for example, the in-
第4の実施の形態の蒸気タービン設備13によれば、復水器50内の上記した死水域70に、機内配管60を備えるため、連結ダクト40内や復水器50内におけるタービン排気の圧力損失を低減することができる。
According to the
ここで、水平方向断面における連結ダクト40の形状は、図3に示した形状に限られるものではない。第1の実施の形態において図4〜図6を参照して説明した、連結ダクト40および復水器50の他の構成を、第4の実施の形態においても、採用することができる。
Here, the shape of the connecting
ここでは、連結ダクト40は、図9に示すように、連結ダクト40の入口から出口(復水器50の入口)に向かって、鉛直方向断面における流路断面高さHが一定となるように構成される。そのため、図4に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが徐々に増加する連結ダクト40を構成した場合には、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積が徐々に増加する構成となる。
Here, as shown in FIG. 9, the connecting
一方、図5に示すように、水平方向断面における流路断面幅Wが一定となる連結ダクト40を構成した場合には、連結ダクト40の入口から出口に向かって、流路断面積は一定となる。この場合、前述したAc/Adが1となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5, when the connecting
なお、図4および図5に示されたいずれの連結ダクト40においても、連結ダクト40の出口における開口42の形状は、復水器50の入口における開口51の形状と同一に構成されている。
4 and 5, the shape of the
上記したように、他の構成の連結ダクト40および復水器50を備える場合においても、死水域70に機内配管60を備えることで、連結ダクト40内や復水器50内のタービン排気が流れる主流路に、例えば機内配管60などの流れを妨げる構造物が存在しない。そのため、タービン排気の圧力損失を低減することができる。
As described above, even when the
ここでは、図9に示す鉛直方向断面において、復水器50の入口における開口51を復水器50の高さ方向(図9では上下方向)の中央部に形成した一例を示しているが、例えば、復水器50の上方端側から開口51が形成されてもよい(図2参照)。この場合には、接線L1の外側には死水域70は形成されず、接線L2の外側の死水域70の範囲が広がる。
Here, in the vertical cross section shown in FIG. 9, an example is shown in which the
(第5の実施の形態)
第5の実施の形態の蒸気タービン設備14は、機内配管60の構成以外は、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の構成と同じであるため、ここでは、機内配管60の構成について主に説明する。
(Fifth embodiment)
Since the steam turbine equipment 14 of the fifth embodiment is the same as the construction of the
図10は、第5の実施の形態の蒸気タービン設備14における連結ダクト40および復水器50の鉛直方向断面を模式的に示した図である。
FIG. 10 is a diagram schematically showing a vertical section of the connecting
図10に示すように、機内配管60には、整流ガイド80が備えられている。この整流ガイド80は、復水器50内に流入したタービン排気を、例えば凝縮部52側に向けて整流しながら滑らかに導くものである。すなわち、整流ガイド80は、タービン排気の流れの方向を急激に変えることなく、例えば凝縮部52側に向けてスムーズに導くものである。
As shown in FIG. 10, the in-
整流ガイド80は、流れを導く方向に延びる、例えば翼状の部材で構成される。なお、整流ガイド80の形状は、これに限られるものではなく、例えば、板状の部材で構成することもできる。この整流ガイド80は、例えば、機内配管60の長手方向(図10では紙面に垂直な方向)に沿って、連続的または断続的に設けられている。なお、整流ガイド80は、例えば、機内配管60が復水器50の上部の死水域70に配置されているときなどに備えることが有効である。
The rectifying
このように、整流ガイド80を備え、タービン排気を、例えば凝縮部52側にスムーズに導くことで、復水器50内に流入したタービン排気の圧力損失を抑制するとともに、タービン排気の凝縮を促進することができる。
As described above, the rectifying
ここでは、第1の実施の形態の蒸気タービン設備10の機内配管60に、整流ガイド80を備えた一例を示したが、前述した第2〜第4の実施の形態においても、機内配管60に整流ガイド80を備える構成を採用することができる。
Here, although the example which provided the rectification | straightening
以上説明した実施形態によれば、蒸気タービンの軸流排気型の排気室30の下流側に配置される連結ダクト40や復水器50におけるタービン排気の圧力損失を低減することが可能となる。
According to the embodiment described above, it is possible to reduce the pressure loss of the turbine exhaust in the connecting
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10,11,12,13,14…蒸気タービン設備、20…蒸気タービン、21…ケーシング、22…動翼、23…タービンロータ、24a…ダイヤフラム、25…静翼、30…排気室、31…内周壁、32…外周壁、33…排気流路、34…内部構造物、35…出口、40…連結ダクト、41,42,51…開口、41a,43a,51a…中心、43,44,45,46…内壁面、43a,45a…出口端部、50…復水器、52…凝縮部、53…ホットウェル、60…機内配管、70…死水域、80…整流ガイド、L1,L2,L3,L4…接線。 10, 11, 12, 13, 14 ... steam turbine equipment, 20 ... steam turbine, 21 ... casing, 22 ... moving blade, 23 ... turbine rotor, 24a ... diaphragm, 25 ... stationary blade, 30 ... exhaust chamber, 31 ... inside Peripheral wall, 32 ... outer peripheral wall, 33 ... exhaust flow path, 34 ... internal structure, 35 ... outlet, 40 ... connecting duct, 41, 42, 51 ... opening, 41a, 43a, 51a ... center, 43, 44, 45, 46 ... Inner wall surface, 43a, 45a ... Outlet end, 50 ... Condenser, 52 ... Condensing part, 53 ... Hot well, 60 ... In-machine piping, 70 ... Dead water area, 80 ... Rectification guide, L1, L2, L3 L4 ... Tangent line.
Claims (6)
前記蒸気タービンから排出されたタービン排気を復水とする復水器と、
前記蒸気タービンの排気室と前記復水器との間を連結する連結ダクトと、
非常運転時に前記蒸気タービンに供給される蒸気を前記復水器に放出するためのタービンバイパス配管を少なくとも含む機内配管と
を備える蒸気タービン設備において、
前記連結ダクトの内壁面の出口端部における、前記連結ダクトの長手方向の接線を、前記復水器の内部に亘って延長したときに、当該接線よりも外側となる、前記復水器内の死水域に、前記機内配管が配置されていることを特徴とする蒸気タービン設備。 A steam turbine having an axial exhaust type exhaust chamber;
A condenser for condensing the turbine exhaust discharged from the steam turbine;
A connecting duct connecting the exhaust chamber of the steam turbine and the condenser;
A steam turbine facility comprising: an in-machine piping including at least a turbine bypass piping for discharging steam supplied to the steam turbine during emergency operation to the condenser;
When the tangent in the longitudinal direction of the connecting duct at the outlet end of the inner wall surface of the connecting duct is extended over the inside of the condenser, the inside of the condenser becomes outside the tangent. The steam turbine equipment, wherein the in-machine piping is arranged in a dead water area.
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