JP6139362B2 - Steam turbine water drop remover - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービンに発生する水滴を除去するための水滴除去装置に関する。 The present invention relates to a water droplet removal apparatus for removing water droplets generated in a steam turbine.
一般に、火力タービンの低圧最終段付近や原子力タービンの大部分の段落は水滴を多数含んだ湿り蒸気中で作動しており、この水滴による動翼のエロージョンの問題が生じている。火力および原子力タービンの大容量化に伴う最終段動翼の長大化によって、上記問題への効果的な対策がより強く求められるようになってきた。 In general, the vicinity of the low-pressure final stage of a thermal turbine and most paragraphs of a nuclear turbine operate in wet steam containing a large number of water droplets, and the problem of blade erosion due to the water droplets arises. With the increase in the length of the last stage rotor blades accompanying the increase in the capacity of thermal power and nuclear turbines, effective countermeasures against the above problems have been strongly demanded.
従来の蒸気タービンの段落中の水滴除去装置を、図7を参照して説明する。図7は従来の蒸気タービンの水滴除去装置の縦断面図であり、同図において、中空なノズル1の腹面および背面にスリット状の吸込孔2aおよび2bが穿設されている。腹面および背面に穿設されたこれらのスリット状の吸込孔2aおよび2bは、長手方向に分割され千鳥状に配設されている。また、中空なノズル1は中空なノズル内輪3および中空なノズル外輪4により円周方向に配設された他の中空なノズルと連通されており、ノズル外輪4の中空部4aが復水器の低圧部に連通されている。
A water droplet removing device in the paragraph of a conventional steam turbine will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a conventional water droplet removing device for a steam turbine. In the drawing, slit-
ノズル腹面を伝わった水滴は腹側吸込孔2aから、また、ノズル背面を伝わった水滴は背側吸込孔2bから各々ノズル内部空間に吸込まれ、ノズル外輪を通り、ノズル外輪と復水器に接続された配管を通って復水器へ排出される。このようにノズル腹面とノズル背面とを伝わる水滴は除去されるので、ノズル後縁での粗大な水滴は除去される。このような構造は、特開平4−255504 にて公開されている。
Water droplets transmitted through the nozzle vent surface are sucked into the nozzle inner space from the
図8にタービン出力と、復水器と中空ノズルとの差圧(以下スリット差圧と呼ぶ)、およびタービン出力と復水器真空度との関係を示す。タービン出力が小さい状態では、復水器に接続された真空発生装置が起動し始めた段階であり、復水器の真空度が悪い。そのため、スリット差圧がゼロに近い低い状態となる。 FIG. 8 shows the relationship between the turbine output, the differential pressure between the condenser and the hollow nozzle (hereinafter referred to as slit differential pressure), and the turbine output and the condenser vacuum degree. In a state where the turbine output is small, the vacuum generator connected to the condenser has started to be activated, and the vacuum degree of the condenser is poor. Therefore, the slit differential pressure is in a low state close to zero.
一方、タービン出力が増加すると、復水器真空度も良くなり、スリット差圧も大きくなる。このようにタービン出力が十分に大きい状態では、スリット差圧が大きいため、中空ノズル内部に水滴を吸込ませることが可能となる。 On the other hand, when the turbine output is increased, the condenser vacuum is improved and the slit differential pressure is also increased. Thus, in a state where the turbine output is sufficiently large, the slit differential pressure is large, so that water droplets can be sucked into the hollow nozzle.
そのため定格運転時には、十分に水滴が除去されることになる。しかし、低負荷ではスリット差圧が小さくなり、中空ノズル内部に水滴を吸込まれにくくなるため、水滴が除去されないまま、ノズル後縁端に導かれ、ノズル後援端でふきちぎられた水滴が動翼前縁と衝突し、動翼のエロージョンが進行する。このように、タービン出力が大きい負荷では十分に水滴を除去することが可能であるが、低いタービン出力では十分に水滴を除去することができず、動翼のエロージョンが進行する原因の一つとなっている。 Therefore, water drops are sufficiently removed during rated operation. However, since the slit differential pressure becomes small at low load and it becomes difficult for water droplets to be sucked into the hollow nozzle, the water droplets that have been guided to the nozzle trailing edge without being removed, and have been removed at the nozzle backing edge, are removed from the rotor blade. Colliding with the leading edge, the erosion of the moving blade proceeds. In this way, water droplets can be sufficiently removed at a load with a large turbine output, but water droplets cannot be sufficiently removed at a low turbine output, and this is one of the causes of erosion of moving blades. ing.
上述したように、図8から、タービン出力が十分大きい定格運転時では、復水器の真空度が良くスリット差圧も大きくなる。そのため、水滴を十分に除去することができる。しかし、タービン起動時の出力が小さい負荷の低い状態では、復水器の真空度が悪く、スリット差圧が小さくなることから、水滴を十分に除去することができない。このように従来の水滴除去装置では、低負荷時に水滴を十分に除去できていないことが動翼のエロージョンを進行させる原因の一つとなっている。 As described above, from FIG. 8, during rated operation with a sufficiently large turbine output, the vacuum of the condenser is good and the slit differential pressure is also large. Therefore, water droplets can be removed sufficiently. However, when the turbine output is small and the load is low and the load is low, the vacuum degree of the condenser is poor and the slit differential pressure becomes small, so that water droplets cannot be removed sufficiently. As described above, in the conventional water droplet removal apparatus, the fact that the water droplets are not sufficiently removed at a low load is one of the causes of the erosion of the moving blades.
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、その目的はタービン出力の小さい条件においてノズル翼面を伝わる水滴を十分に除去できる蒸気タービンの水滴除去装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a water droplet removal apparatus for a steam turbine that can sufficiently remove water droplets transmitted on the nozzle blade surface under a condition where the turbine output is small. It is in.
本発明は、ノズル表面に設けられるスリットと、スリットに連通するノズル中空部とをThe present invention comprises a slit provided on the nozzle surface and a nozzle hollow portion communicating with the slit.
備える水滴除去装置において、ノズル中空部が配管により接続される真空発生装置を設けIn the water drop removal device provided, a vacuum generator is provided in which the nozzle hollow part is connected by piping.
、前記真空発生装置に接続された配管は分岐され、前記分岐された配管は前記復水器に接The pipe connected to the vacuum generator is branched, and the branched pipe is connected to the condenser.
続され、タービン出力が所定の値以下の場合は前記真空発生装置を駆動し、タービン出力If the turbine output is less than a predetermined value, the vacuum generator is driven and the turbine output
が前記所定の値よりも大きい場合は前記真空発生装置を停止する制御を行うことにより上If the value is larger than the predetermined value, control is performed to stop the vacuum generator.
記目的を達成する。Achieve the purpose.
以下、本発明の実施の形態について、図1から8を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(第1の実施の形態)
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図1に示す。同図は最終段静翼の水滴除去装置を示しており、中空なノズル1の腹面および背面にはスリット状の吸込孔2aおよび2bが穿設され、中空なノズル1は中空なノズル内輪3および中空なノズル外輪4より円周方向に配設された他の中空なノズルと連通しており、ノズル外輪4の中空部4aは配管により真空発生装置と連通していることを特徴とする。このように、腹側吸込孔2aおよび背側吸込孔2bが穿設された中空なノズルは、配管により真空発生装置に接続されている。
従来の蒸気タービン水滴除去装置では、吸込孔2aおよび2bが穿設された中空なノズルは、配管により復水器に接続される構造である。しかし、図8で示すように、出力の大きい定格運転時は復水器真空度も良くスリット差圧も大きくなるのに対し、出力の小さい低負荷運転時は復水器真空度が悪くスリット差圧が小さくなる。このように従来の水滴除去装置の構造では、復水器の真空度に水滴除去能力が左右され、低負荷運転時にスリット差圧が小さいことから、十分に水滴を吸込むことができず、動翼のエロージョンを進行させる原因の一つになっていた。
(First embodiment)
The configuration of the steam turbine water droplet removal apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. This figure shows a water droplet removing device for the final stage stationary blade, and slit-
In the conventional steam turbine water droplet removal apparatus, the hollow nozzle having the
そのため、本実施形態1による蒸気タービン水滴除去装置では、腹側吸込孔2aおよび背側吸込孔2bが穿設された中空なノズルを、復水器には接続せず、真空発生装置へ配管により直接接続する構造としていることを特徴としている。このため、低負荷運転時でも復水器真空度に左右されることなく一定の圧力とすることで、スリット差圧を大きくすることができる。これによりタービン出力の小さい低負荷運転時においてもスリット差圧が大きくなり、ノズル腹面を伝わった水滴は腹側吸込孔2aから、また、ノズル背面を伝わった水滴は背側吸込孔2bから各々ノズル内部空間に吸込まれ、ノズル外輪を通り、ノズル外輪と復水器に接続された配管を通って真空発生装置へ排出される。このようにしてノズル腹面とノズル背面とを伝わる水滴は除去されるので、ノズル後縁での粗大な水滴は除去され、動翼のエロージョンを軽減できる。
Therefore, in the steam turbine water droplet removal apparatus according to the first embodiment, the hollow nozzle having the ventral
(第2の実施の形態)
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図2に示す。この図は、上記実施形態1の蒸気タービン水滴除去装置の中空なノズル1と真空発生装置6とを接続する配管を分岐し、分岐した配管の先を復水器10と接続していることを特徴としている。低負荷運転時の出力が小さく復水器真空度の低い状態では、スリット差圧は小さくなる。このため、例えばスリット差圧が所定の値以下(つまりタービン出力が所定の値以下)の場合は、真空発生装置の運転によりスリット差圧を大きくすることが出来る。
(Second Embodiment)
The configuration of the steam turbine water droplet removal apparatus according to this embodiment is shown in FIG. This figure shows that the pipe connecting the
一方、タービン出力が増加し、復水器10の圧力が低く十分なスリット差圧が確保できる状態となると、すなわちスリット差圧が前記所定の値よりも大きくなると(タービン出力が所定の値より大きくなると)、真空発生装置6を停止する。これにより真空発生装置6の動力を削減することができ、経済性にも優れ、かつ、どのタービン出力においても一定の水滴除去能力を確保することが可能となる。
On the other hand, when the turbine output increases and the pressure in the
(第3の実施の形態)
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図3に示す。この図は、上記実施形態2の蒸気タービン水滴除去装置の真空発生装置6に接続された配管が分岐され、分岐から復水器6の低圧部に接続された配管において、復水器の圧力の信号により真空発生装置と復水器真空圧との差圧を調節する手段であるバルブ5を備えたことを特徴としている。図3の例では、復水器10に圧力を検出する圧力計11が取付けられており、復水器10の低圧部に接続された配管には、圧力計11の信号により真空発生装置6と復水器10との差圧を調整するバルブ5が備えられている。
(Third embodiment)
The configuration of the steam turbine water droplet removal apparatus according to this embodiment is shown in FIG. In this figure, the pipe connected to the
バルブがない場合、低負荷時において復水器圧力が非常に高いときに復水器から真空発生装置への流れが発生し、十分なスリット差圧を確保できなくなる。しかし、真空度によって開度を制御できるバルブ5を設けることで低負荷運転時の復水器から真空ポンプへの流れを防止でき、十分なスリット差圧を確保できる。あらかじめ真空度に対してバルブ弁開度を決めておき、これに基づきバルブを適切に制御することで、復水器圧力が非常に高いときでも常にスリット差圧を一定に保つことができる。
In the absence of a valve, when the condenser pressure is very high at low load, a flow from the condenser to the vacuum generator occurs, and a sufficient slit differential pressure cannot be secured. However, by providing the
(第4の実施形態)
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図4に示す。この図は、実施形態2,3の水滴除去装置において、タービンの出力信号13により真空発生装置6で発生させる圧力を制御する手段15を備えており、タービン出力の増加とともに真空発生装置で発生させる圧力を増加させる制御方法を備えたことを特徴としている。
(Fourth embodiment)
The configuration of the steam turbine water droplet removal apparatus according to this embodiment is shown in FIG. This figure is provided with
図4の例では、タービン出力の信号により真空発生装置で発生される圧力を制御している。制御方法としては、図5に示すようにタービン出力の増加とともに圧力を増加させる。これにより、真空発生装置が例えば真空ポンプの場合、タービン出力に応じて圧力を変化させることができ、真空ポンプの圧力を運転、停止、部分負荷運転と必要に応じて切り替えることができる。 In the example of FIG. 4, the pressure generated in the vacuum generator is controlled by the turbine output signal. As a control method, as shown in FIG. 5, the pressure is increased as the turbine output increases. Thereby, when a vacuum generator is a vacuum pump, for example, a pressure can be changed according to a turbine output, and the pressure of a vacuum pump can be switched to operation, a stop, and partial load operation as needed.
タービン出力が増加すると、復水器内の圧力が低下するため、真空発生装置を一定で運転した状態の圧力では、スリット差圧が過大となってしまう。そのため、本実施形態ではタービン出力に応じて、真空発生装置の運転状態を変えて圧力を高くすることで、スリット差圧を一定にすることができる。従って、必要以上の過大なスリット差圧としないため、必要以上の流体の吸込みを防止することができ、効率低下を抑制し、かつエロージョンを減らすことができる。また、真空発生装置を必要な状態で運転するため、真空発生装置の動力を削減することができ、経済性にも優れている。 When the turbine output increases, the pressure in the condenser decreases, so that the slit differential pressure becomes excessive when the vacuum generator is operated at a constant pressure. Therefore, in this embodiment, the slit differential pressure can be made constant by changing the operation state of the vacuum generator and increasing the pressure according to the turbine output. Accordingly, since the slit differential pressure is not excessively large than necessary, it is possible to prevent excessive suction of the fluid, to suppress the decrease in efficiency, and to reduce erosion. Moreover, since the vacuum generator is operated in a necessary state, the power of the vacuum generator can be reduced, and the economy is excellent.
(第5の実施の形態)
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図6に示す。この図は、最終段静翼と、最終段静翼より上流段落の静翼で、スリット状の吸込開口2aおよび2bを穿設しており、内部にノズル内輪4およびノズル外輪4に連通する中空部1を形成するとともに、前記中空部1と配管8が連通され、各段落の中空部1はそれぞれに配管により連通され、真空発生装置に接続される構造を特徴としている。また、最終段静翼より上流段落の静翼は複数あっても良い。
(Fifth embodiment)
The configuration of the steam turbine water droplet removal apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. This figure shows a final stage stationary blade and a stationary blade in a stage upstream of the final stage stationary blade, with slit-
各段落の中空部に接続された配管には、下流段落の配管との合流前と後の配管差圧を調節する手段14と、合流前の配管圧力を検知する手段12とを備え、その圧力信号とタービン出力信号とによって合流前後の配管差圧を制御する手段16を備えたことを特徴としている。図6では、配管差圧を調節する手段を、配管差圧を調節するバルブ18としている。
The pipe connected to the hollow portion of each paragraph is provided with
蒸気タービンの運転状態において、最終段落以外の上流段落で水滴が発生する場合がある。特に、原子力タービンでは、定格運転条件でも最終段落以外で数段落上流側で水滴が発生する。そのため、最終段落以外でも動翼のエロージョンが進行する問題がある。本実施形態の水滴除去装置により、最終段落と同様に上流段落の水滴除去が可能となる。しかし、最終段落に比べ上流段落は、圧力が高いため、最終段落のスリット差圧よりも上流段落のスリット差圧の方が大きくなる。上流段落で必要以上の流体が吸込まれ効率低下となることを防止するため配管差圧を調節する機構を備えている。これにより、上流段落のスリット差圧を調節することができ、効率低下を防止しつつ、動翼のエロージョンの進行を抑制することができる。また、タービンの運転状態において、上流段落でどの程度、水滴が発生しているかを予測しておき、タービン運転状態を示すタービン出力と、配管差圧を調節するための配管圧力からバルブの開度制御により適切なスリット差圧を保つことができる。これにより、タービンのどの運転状態においても常に適切なスリット差圧を保つことができ、効率低下を防止しつつ、動翼のエロージョンの進行を抑制することができる。 In the operation state of the steam turbine, water droplets may be generated in an upstream stage other than the final stage. In particular, in a nuclear turbine, water droplets are generated on the upstream side of several stages other than the final stage even under rated operating conditions. For this reason, there is a problem that the erosion of the moving blade proceeds even outside the final paragraph. With the water droplet removal apparatus of this embodiment, it is possible to remove water droplets in the upstream paragraph as in the final paragraph. However, since the pressure in the upstream paragraph is higher than that in the final paragraph, the slit differential pressure in the upstream paragraph is larger than the slit differential pressure in the final paragraph. A mechanism for adjusting the pipe differential pressure is provided in order to prevent excessive fluid from being sucked in the upstream paragraph and reducing efficiency. Thereby, the slit differential pressure | voltage of an upstream paragraph can be adjusted and the progress of the erosion of a moving blade can be suppressed, preventing a decline in efficiency. Also, in the turbine operating state, predict how much water droplets are generated in the upstream paragraph, and the valve output from the turbine output indicating the turbine operating state and the piping pressure for adjusting the piping differential pressure An appropriate slit differential pressure can be maintained by the control. Accordingly, it is possible to always maintain an appropriate slit differential pressure in any operation state of the turbine, and to suppress the progress of the erosion of the rotor blade while preventing the efficiency from being lowered.
1 ・・・ノズル
2 ・・・吸込開口
2a・・・腹面の吸込開口
2b・・・背面の吸込開口
3 ・・・ノズル内輪
4 ・・・ノズル外輪
4a・・・ノズル外輪の中空部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
ノズルの翼面にスリット状の吸込開口が穿設されるとともに、この開口に連通する中空部
が形成される蒸気タービンの水滴除去装置において、
前記中空部が配管により接続される真空発生装置を備え、
前記真空発生装置に接続された配管は分岐され、前記分岐された配管は前記復水器に接続
され、タービン出力が所定の値以下の場合は前記真空発生装置を駆動し、タービン出力が
前記所定の値よりも大きい場合は前記真空発生装置を停止する制御を行うことを特徴とす
る蒸気タービンの水滴除去装置。 A moving blade that is rotated by working steam and a nozzle that guides the working steam to the moving blade. A slit-like suction opening is formed in the blade surface of the nozzle, and a hollow portion that communicates with the opening is formed. In the steam turbine water droplet removal device,
Comprising a vacuum generator in which the hollow portion is connected by piping;
The pipe connected to the vacuum generator is branched, and the branched pipe is connected to the condenser.
If the turbine output is below a predetermined value, the vacuum generator is driven and the turbine output is
A water droplet removing apparatus for a steam turbine, wherein control is performed to stop the vacuum generator when the predetermined value is larger .
段の検出結果にもとづき真空発生装置と復水器真空圧との差圧を調節する手段を備えたこ
とを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。 The water droplet removing apparatus according to claim 1 , further comprising means for detecting the pressure of the condenser and means for adjusting a differential pressure between the vacuum generator and the condenser vacuum pressure based on a detection result of the detecting means. A water droplet removing device for a steam turbine, characterized in that:
生装置で発生させる圧力を制御する手段を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除
去装置。 3. The water droplet removing apparatus according to claim 1, further comprising means for controlling a pressure generated by the vacuum generator based on an output signal of the turbine.
生させる圧力を増加させるよう制御することを特徴とする蒸気タービン水滴除去装置。 4. The water droplet removing apparatus according to claim 3 , wherein control is performed to increase the pressure generated by the vacuum generator as the turbine output increases.
ノズルいずれにもスリット状の吸込開口が穿設され、この開口に連通する中空部が形成さ
れるとともに、前記最終段ノズルの中空部と前記最終段ノズルより上流段落のノズルの中
空部とが、前記配管により前記真空発生装置に接続されることを特徴とする蒸気タービン
水滴除去装置。 5. The water droplet removing apparatus according to claim 1, wherein a slit-like suction opening is formed in any of the nozzles upstream of the final stage nozzle, and a hollow portion communicating with the opening is formed. A steam turbine water droplet removal apparatus, wherein a hollow part of a final stage nozzle and a hollow part of a nozzle upstream of the final stage nozzle are connected to the vacuum generator by the pipe.
下流段落の配管との合流前に、配管差圧を調節する手段を備えたことを特徴とする蒸気タ
ービンの水滴除去装置。 In the water droplet removing apparatus according to claim 5 , for the pipe connected to the hollow portion of each paragraph,
A steam turbine water droplet removing apparatus comprising means for adjusting a pipe differential pressure before joining with a pipe in a downstream paragraph.
配管の圧力を検知する手段と、その圧力信号とタービン出力信号とによって、合流前後の
配管差圧を制御する機構を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。 7. The water droplet removing apparatus for a steam turbine according to claim 6 , wherein the pipe differential pressure before and after merging is controlled by means for detecting the pressure of the pipe before merging with the downstream pipe, and the pressure signal and the turbine output signal. A water droplet removing device for a steam turbine, characterized by comprising a mechanism for performing the operation.
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