JPH0223210A - 蒸気タービン排気部の集水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンに関し、特に、蒸気タービンの
排気系統における侵食腐食を軽減する装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕蒸気タ
ービン排気系統内に水滴があると侵食腐食の生じること
が知られている。かかる侵食は、水滴が排気系統内部の
表面に当たってその上を流れることによって生じ、流れ
助長形腐食と呼ばれている。そのような状況は、特に排
気管で見受けられ、かかる排気管内のベンドを越えたと
ころで顕著である。ベンドにおける水滴生成の原因は、
蒸気がかかるベンドを通過する際に乱流が蒸気流中に生
じることにある。この水滴生成現象は間知であり、ベン
ドにおける水滴生成量を減少させるべく種々の努力がな
されている０通常、実施されている水滴生成に関する問
題点に対し通常、実施されている一解決策として、ベン
ド内に変向羽根を設け、蒸気流を複数の流路へ分離流入
させて渦の強さを減じ、か（して乱流の発生を抑えて水
滴の生成を最少限に抑えている。変向羽根組立体を設け
ると、本質的には、高速の流体流れ中における望ましく
ない流れ特性の発生が抑えられる。しかしながら、変向
羽根を設けた場合、蒸気中の水滴が羽根及びベンドの壁
に付着して集まる傾向があり、水滴が相当大きくなって
侵食性が強くなった状態で流れの中に再び入るという問
題が新たに生じる。

蒸気中の水滴により生じる侵食腐食の問題を解決しよう
として種々の提案が出されている。一般に、集水装置を
蒸気排気管内に設け、水滴を誘引して蒸気流から除去す
る手法が知られている。高速で排出される蒸気流と関連
して用いられる集水装置は、流れ特性に悪影響を及ぼし
てはならないこと、及び、それらのすぐ近くの水の大部
分を物理的に捕集できなければならないことが要件であ
る。また、集水装置を、可能な限り多量の水に接近でき
るような箇所に位置させる必要がある。変向羽根上に生
じる水を捕集するために、少なくとも数個の集水装置が
変向羽根それ自体の負圧倒又は下流側に配設されている
。しかしながら、変向羽根に集水装置を配設するといっ
ても、水が蓄積する傾向のある箇所に集水装置を位置決
めするという課題は必ずしも解決されない。これに加え
、集水装置の物理的な水捕集能力は、集水装置近傍に生
じる圧力差によって低下する。変向羽根の表面の前後の
圧力差は、前縁と復縁の間で著しいばらつきがある。成
る設計例では、捕集面の一部分が別の部分よりも高圧の
状態となり、そのために水が高圧部に流入し、低圧部か
ら流出して蒸気流中へ戻るということが認識されている
。

本発明の目的は、蒸気タービン内において排気系統内で
生じる水の大部分に接近可能な箇所に設けられた集水装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に鑑みて、本発明の要旨は、少なくとも一つの
ベンドを備えた排気管と、蒸気をベンド中へ差し向ける
ような配向状態でベンドのところで排気管内に配設され
た複数の羽根とを有する蒸気タービン排気部の集水装置
であって、羽根は、排気管を横切って延びると共にそれ
ぞれの両端が排気管の管壁に取付けられ、複数のスロッ
トがそれぞれの羽根の両端に隣接して管壁に形成され、
スロットは、実質的に圧力差の無い領域で羽根を取付け
た管壁を貫通した状態で隣合う羽根の間に延びているこ
とを特徴とする集水装置にある。

本発明の内容は、添付の図面に例示として示すに過ぎな
い好ましい実施例の以下の説明を読むと一層容易に明ら
かになろう。

〔実施例〕

先ず最初に第１図を参照すると、蒸気タービン排気管ｌ
ＯＯ中に設けられ、全体が参照番号１２で指示されたベ
ンドが横断面平面図で示されている。ベンド１２が設け
られているために、線１４で示した蒸気の流れは９０＠
変向する。ベンド１２の内部には、蒸気の望ましくない
流れ特性の発生傾向の抑制を助ける複数枚の変向羽根１
６が配設されている。特に、これらの羽根はベンドにお
ける乱流防止及び渦発生防止に役立つ。しかしながら、
前述のように、変向羽根の配設に当たり、蒸気中の水滴
が羽根及びベンド又はエルボ−の壁に付着して集まり、
かなり大きくなって侵食性が一層強まると再び流れの中
に入るという点で、別の課題がある。それにもかかわら
ず、かかる変向羽根が蒸気流中の乱流発生及び水滴生成
の抑制を助けるのは確かである。変向羽根は通常は、蒸
気排気管内の所望位置へ挿入可能な、参照番号！８で指
示すリングの中に取付けられる。ベンドの曲がり具合に
応じて、羽根用リングはベンドに対応するような種々の
形状をもつのが良い。

第２図は、第１図の■−１線における変向羽根組立体の
横断面図であり、９０°ベンドへの使用に適した変向羽
根組立体を示している。かかるベンド用変向羽ＩＩ＆ｆ
ｌ立体は楕円形であること１が注目されよう。第２図で
は、羽根用リングは機素１８として明示され、羽根は機
素１６として示されている。振動を減少させるため、補
強バー１７が羽根１６の中央に延びている。

蒸気タービンに用いられる本発明の水捕集方法及び装置
を説明する前に、蒸気の流れ方向と直角な方向に向いた
蒸気排気管２ｏの横断面図である第４図を参照する。排
気管２ｏは、これを紙面から看者に向かって差し向ける
ベンド２２を有する。

主要な又は大きな流れ（以下、［−次流ｊともいう、）
は排気管の方向に向いているが、−次流の方向に対し横
方向の矢印２４で示すような置設的又は派生的な流れ（
以下、「二次流」ともいう、）が存在している。かかる
二次流は流体の流路の軸線と直角な成分を有しているが
、これら流れ成分の形態は、軸線が一次流と平行な拡散
状態の渦である。曲管又は湾曲した流路では、二次流は
流路の中心近傍では外方へ、壁の近傍では内方へ向かう
動きをする。二次流の特性により、−次流中に含まれる
水滴は第４図に陰影を付けた領域２６により示すような
ベンドの内側丸み部内へ差し向けられる。第４図に示す
水蓄積パターン２６は高速流の特徴を示している。流速
の減少に伴い、重力が作用し始め、これにより２６で示
した水蓄積領域は排気管の垂直方向下部にシフトする。

実際には、蒸気排気管内の蒸気流は重力の影響を無視で
きる程の流速を有する。かくして、蒸気排気管内に蓄積
している水は大部分、ベンドの内側に付着した状態にな
るであろう。

二次流の影響はベンド丸み部内への変向羽根の追加配設
によっては無くならないので、水が羽根表面に付着蓄積
する傾向が生じるよう羽根を構成することにより二次流
の影響を改変し又は弱める。

二次流の緒特性により、羽根上に蓄積している水は、羽
根の正圧面に沿って半径方向に移動し、該正圧面から羽
根の負圧面まで端壁を横切って流れる。通常、正圧面は
羽根の内側変向面、負圧面は外側半径面である。第３図
を参照すると、変向羽根１６は、それぞれ高圧側又は正
正面側３０及び低圧側又は負圧側３２を有していること
が分かる。

流れが変向するので、出口の樹状部分３４を除き、隣合
う羽根の正圧面側３０と負圧面側３２との間のチャンネ
ルの範囲内では、正圧面側３０に加わる圧力は負圧面側
３２に加わる圧力よりも高い。

本発明者は、変向羽根１６の後縁には、圧力差がほぼゼ
ロの比較的広い部分が存在していることを発見した。こ
の圧力差がゼロの領域は、参照番号３４で指示されてお
り、一つの羽根の低圧側からその隣の羽根の後縁の先端
まで延びる三角形の領域から成る。一般に、この領域は
、一つの羽根の後縁からその隣の羽根の低圧側まで延び
る線によって画定されるが、この線は、隣の羽根表面の
接線と垂直である。この線は第３図において参照番号３
６で指示されている。三角形領域３４はさらに、隣合う
羽根のそれぞれの後縁から後縁まで延びる線によって画
定される。変向羽根の後縁に沿って圧力差がほぼゼロの
領域が在ることによる利点は、この領域が、流れが集中
する捕集領域となり、しかも、圧力差の小さな領域内に
在ることにある。二次流の特性を低圧領域３４と連携し
て利用すると、蒸気排気管内のベンドにＭ積する水を捕
集する方法及び装置が擾供可能となる。特に、第２図で
は、複数のスロット３８が、羽根用リング１８の壁を貫
通して排気管１０の外部へ延びていることが分かろう、
スロット３８は変向羽根の端の低圧ＩＭ３４と整列して
いる。二次流の特性により水滴は変向羽根の周りを循環
し、かかる羽根の両端で最も低圧の領域内に溜まる傾向
があるので、水滴捕集量を最大にするようにスロットを
整列させるのが良い。

スロット３８の形成場所は、第２図の５−５線における
羽根用リング１８の断面を示す第５図を見ると一層詳細
に分かる。スロットは、羽根用リング１８の壁を貫通す
ると共に第３図の線３６と実質的に整列するような配向
状態で示されている。

これらスロットの位置を多少変えても良いが、スロット
は第３図において参照番号３４で指示する領域内に位置
することが肝要である。この位置では、圧力差がほぼゼ
ロなので、水はスロットから流出し、蒸気の流路中へ吹
き戻されることはない。

さらに、二次流の特性により、水はスロットの場所に溜
まり、かくして最大量の水がスロットから排出されるよ
うになる０羽根用リング外部の圧力を排気管内の圧力よ
りも幾分低くすることが可能なので、水を捕集用スロッ
ト３日を通して排気管から排出できる。

〔発明の効果〕

本発明により、水滴が蒸気流中へ追加的に入ることなく
、優れた水捕集能力が発揮されると共に蒸気排気系統の
侵食が軽減されるという所望の効果が得られる。従来型
装置は、水を単に、集水装置が設けられていない場合の
水滴よりも小さな細かい噴霧状の水滴の状態で蒸気流中
へ逆流させることにより侵食量を減じようとしてしたが
、非常に多量の水を除去し得ないと考えられる０本発明
の装置は、水を蒸気流中へ逆流させない状態で事実、非
常に多量の水を排気系統から除去する。従来型集水装置
では、その設計に当たり、蒸気流の動力学に対する認識
が無く、また、スロットを圧力差がほぼゼロの領域で羽
根用リングに形成すれば変向羽根の後縁に蓄積した水を
除去できることに気付いていなかった。

本発明を現時点で好ましいと考えられる実施例を用いて
説明したが、当業者であれば他の種々の設計変更及び改
造を行えるので、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載
の事項に基づいて定められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、蒸気タービン排気管内に位置したベンドの横
断面図であり、蒸気流をベンドの周りに差し向けるよう
複数の変向羽根をベンド内に位置させた状態で示す図で
ある。 第２図は、第１図の２−２線における図である。 第３図は、一対の変向羽根の横断面図であり、蒸気流及
び変向羽根の後縁に隣接した実質的に一定の圧力領域を
示す図である。 第４図は、円筒管内のベンドの横断面図であり、管内の
流体の二次流れ特性を説明する図である。 第５図は、羽根用リングの部分横断面図であり、本発明
による複数の集水用スロットの形成場所を示す図である
。 〔主要な参照番号の説明〕 １０・・・蒸気タービン排気管 １２・・・ベンド １６・・・変向羽根 １８・・・羽根用リング ３８・・・スロット 特許出願人：ウェスチングハウス・エレクトリック・コ
ーポレーシヨン 代　理　人：加藤　紘一部　（外１名）ＦＩＧ。 力む５に午リンク ＦＩＧ。 ノ＼−−一一一

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一つのベンドを備えた排気管と、蒸気
   をベンド中へ差し向けるような配向状態でベンドのとこ
   ろで排気管内に配設された複数の羽根とを有する蒸気タ
   ービン排気部の集水装置であって、羽根は、排気管を横
   切って延びると共にそれぞれの両端が排気管の管壁に取
   付けられ、複数のスロットがそれぞれの羽根の両端に隣
   接して管壁に形成され、スロットは、実質的に圧力差の
   無い領域で羽根を取付けた管壁を貫通した状態で隣合う
   羽根の間に延びていることを特徴とする集水装置。
2. （２）スロットはそれぞれ、一つの羽根の後縁からその
   隣の羽根まで延びると共に該隣の羽根の表面の接線と垂
   直に交差していることを特徴とする請求項第（１）項記
   載の集水装置。
3. （３）羽根は、ベンドのところで排気管の管壁の内部に
   設けられた羽根リングに取付けられていることを特徴と
   する請求項第（１）項又は第（２）項記載の集水装置。