JPH0368206B2

JPH0368206B2 -

Info

Publication number: JPH0368206B2
Application number: JP62029949A
Authority: JP
Inventors: Josefu Shirubesutori Junia Jooji
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1987-02-13
Publication date: 1991-10-25
Also published as: CA1249729A; EP0234224A3; IN165041B; KR870008330A; EP0234224B1; DE3780657D1; JPS62191603A; US4673426A; EP0234224A2

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景本発明は蒸気タービンに関し、特に、蒸気ター
ビンにおける排気管の侵食を軽減する手段に関す
るもである。蒸気タービン、典型的には原子力発
電プラントおいて使用される高圧蒸気タービンの
排気系を出る湿分は、タービン排気フードと湿分
分離器再熱器とを接続するクロスアンダー配管に
侵食を生じさせることがある。原子力発電プラン
トにおいて高圧蒸気タービンを湿分分離器再熱器
に接続する排気管は侵食により深刻な損傷を受け
易い。

この問題を解決する最近の特許は多数ある。そ
のうちの米国特許第3902876号明細書は、原子炉
用蒸気発生器の圧力容器内で使用するための遠心
式気液分離器を開示している。遠心式分離器は流
体に渦流運動を起こさせて、該遠心式分離器の壁
面に水の外層を形成し、これを排水するものであ
る。

本出願人の米国特許第4527396号明細書は蒸気
タービンの排気管に装着された湿分分離器を開示
している。

米国特許第3320729号明細書は液体を含んだガ
ス流からこの液体を除去する装置を開示してい
る。

発明の概要本発明は、蒸気タービンの排気部の予備湿分分
離器を提供する。蒸気タービンの排気部は、排気
フード室を囲う排気フードを含むものが典型的で
ある。該排気フードは出口ノズルおよびこの出口
ノズルに取り付けられた配管を有している。

本発明の予備湿分分離器は、排気フード室に延
入する入口端と、配管の内径に等しい最終直径を
有する出口端とを有する第１の内側中空部材を備
える。この第１の内側中空部材は、その出口端で
配管に取着されて該配管と封止関係で接続部を形
成する。

第２の内側中空部材は、第１の内側中空部材の
回りに同軸状に配置されて、一端で第１の内側中
空部材の入口端に取着され、他端で配管に取着さ
れている。

下流側の第１通路は、一方の側の第１の内側中
空部材と、他方の側の第２の内側中空部材および
配管との間で画成されている。上流側の第２通路
は、第２の内側中空部材と、出口ノズルの壁との
間に形成され、また第２の内側中空部材が、出口
ノズルの壁から間隔をおいて位置して第２通路に
通じる連通路を設けている。第１排水手段は、第
１通路の水を行うべく該第１通路に流体連通す
る。第２排水手段は、第２通路の排水を行うべく
該第２通路に流体連通する。

第１の内側中空部材は、所定の位置に、該第１
の内側中空部材を貫通する複数個の開口を有する
とともに、同伴された湿分と共に蒸気流を圧縮よ
うになつており、また該同伴された湿分の大部分
は、該第１の内側中空部材の内表面上に付着さ
れ、開口を通過して第１排水手段により排水する
ために第１下流通路に流入するようになつてい
る。

好適には、第２通路は、第１の内側中空部材の
外表面と第２の内側中空部材の内表面との間に所
定の間隔で取着され複数の小通路を形成する区画
部を有する。第１排水手段は複数の小通路の各々
と流体連通するのが好適である。第１の内側中空
部材は入口端の近くに２次流形成部を有するのが
望ましく、該２次流形成部は湾曲壁部でよい。開
口は湾曲壁部を貫通するのが好ましい。

好適な実施例の説明本発明は蒸気タービンの排気系のための予備湿
分分離器を提供する。ガス流は、管のベンド部を
通過する時に、管の中心線と平行ではない経路に
従う流れを示す。第１図は、ガス流が通過してい
る管ベンド部１０を例示している。蒸気のような
ガスが、矢印G_Iで示すように、管ベンド部１０
に接近する時、その流れは管の中心線にほぼ平行
である。しかし、ガス管ベンド部１０を回つて流
れる時には、ガスは方向を変え矢印ＧＳで示すよ
うに渦流になり始める。ガス流は、管のベンド領
域を出た後、最終的には、管の中心線にほぼ平行
な経路に戻る。しかし、矢印ＧＯにより示したよ
うな管ベンド部を出たガス流のかかる正常化は、
ガス流が管ベンド部を出た時に直ぐ起こるのでは
ないことを諒解されたい。即ち、ガス流は管ベン
ド部の領域を出た後のある距離その螺旋形状もし
くは渦流を保持する。ガス流が渦流を保持する特
定の距離は、ガス速度、管寸法、管ベンド部の半
径その他の物理的特性及び条件の関数である。

第２図は第１に例示された管ベンド部１０の断
面図である。第２図において、矢印ＧＳで示され
た対の渦線は、ベンド部１０の平面にほぼ平行で
ある管の中心線１２の両側を流れているのが分か
る。第２図から分かるように、この渦流はベンド
部の内側１４に向かつて進む時に管壁に沿つて流
れ、ベンド部の外側１６に向かつて進む時に管の
中心線１２に沿つて流れる。

第３図、第４図及び第５図は対の渦流がガス流
に同伴された液体に及ぼす影響を示している。明
らかなように、対の渦線は、液体が管ベンド部を
通過する時に該液体を管壁に沿つて運動させ易
く、そして最終的に澱み点Ｐで出会い、そこで対
の渦線は液体を互いに向つて運動させている。第
３図、第４図及び第５図において、この澱み点Ｐ
は、ガス速度及び重力加速度の相対的大きさによ
り決定される、管壁に沿う種々の位置に示されて
いる。例えば、第３図は、ガス90m／secの速度
及び約17000のフルード数で管を通り抜けている
状況を例示している。水が管壁に向かつて集まる
澱み点Ｐは、実質的に、ベンド部の平面内にある
管の中心線１２上にある。従つて、管の中心と澱
み点Ｐとを通る中心線１８は、中心線１２と本質
的に一致している。第４図は、約14250のフルー
ド数及び約45m／sec以下の速度でガスが流れて
いる状態を示している。図示のように、第４図に
おける澱み点Ｐは、ガス速度の影響に比較して重
力の相対的影響が大きいため中心線１２の方にあ
る。かかる状況下では、澱み点Ｐがベンド部の最
内側部分（第２図における参照符号１４）から遠
ざかるにつれて中心線１２と中心線１８とは離れ
る。第５図において、ガスの速度は約15m／sec、
フルード数は約470である。図から分かるように、
澱み点Ｐは中心線１２から相当に遠ざかつてしま
つており、中心線１８は、ガス速度に比較して重
力の相対的な大きさが大きいため中心線１２から
相当に離れてしまつている。

第３図、第４図及び第５図から諒解されるよう
に、管ベンド部１０内の対の渦流により澱み点Ｐ
が形成され、そこではガス流中に存在する水分が
強制的に集められる。これ等の図に更に示されて
いるように、澱み点Ｐの正確な位置は、管ベンド
部の位置に関する。流体に作用する重力の方向及
びガス速度の関数として管ベンド部内で変わり得
る。第３図、第４図及び第５図において、管ベン
ド部１０は、その平面に大体平行である管中心線
１２を水平にして、水平面にあるように示されて
いる。重力方向に関してどちらか一方の方向に管
ベンド部を位置決めすることが、ガス流の対の渦
線と管ベンド部の内側１４とに関連して澱み点Ｐ
の位置いかなり影響を及ぼすことは明らかであ
る。

第６図は高圧蒸気タービン２２の典型的な排気
部２０を示している。排気部２０は排気フード室
２６を囲む排気フード２４を含んでいる。排気フ
ード２４は壁体２８を有し、この壁体を出口ノズ
ル３０が貫いて延びている。出口ノズル３０には
配管３２が取着されている。蒸気タービン２２は
その中心線３４の回りにほぼ対称である。第６図
において、壁体２８は排気フード室２６の一部を
示すために破断されており、出口ノズル３０は、
該出口ノズル３０に近付く時の高圧蒸気の典型的
な経路をより明確に示すために、断面で示されて
いる。蒸気タービン２２内の蒸気の流れの一部は
矢印Ｓで示されている。流入する流れの大部分は
矢印Ｓで示したように壁体２８の外側輪郭に追従
する。出口ノズル３０の配置と、矢印Ｓで示され
た接近する流れとのために、出口ノズル３０に接
続された配管３２内への流れの配分が歪められ、
従つて、出口ノズル３０内の幾つかの位置におい
て他の位置よりも旋回速度又は方向変更が大きく
なる。ガス流が曲げられるか、旋回させられる
か、又は方向変更させられる時に、ベンド領域の
内径部における流れはベンド領域の外経部よりも
大きい旋回速度を有する。上述したような対の渦
流からなる２次流の大きさは流体の旋回速度に応
じて直接変化する。

第６図から分かるように、管ベンド部に類似し
た２つの領域３６ａ，３６ｂがあり、そこでは、
蒸気の流れは出口ノズル３０付近での他の領域よ
りも急な旋回をさせられる。領域３６ａの回りの
蒸気の流れは、この特定領域における蒸気の流れ
が領域２６ｂにおける流れよりも幾分急な旋回を
強いられるので、特に目立つている。その理由
は、第６図に示した特定的な例示構造において、
蒸気タービン２２の中心線３４から出口ノズル３
０に向かつて流れている領域の相当な部分が中心
線３４を横断する比較的真つ直ぐな経路を流れる
ことができ、一方、領域３６ａを通り過ぎて下方
に流れる蒸気は出口ノズル３０に入るためにより
急激な旋回もしくは方向転換を強いられることで
ある。従つて、領域３６ａの回りを流れる蒸気
は、第２図、第３図、第４図及び第５図に示した
ようなより重大な２次流の対の渦線を生じる筈で
ある。渦線である２次流の正確な位置及び方向
は、蒸気タービン出口ノズル３０の特定の物理的
形状、高圧領域の速度、重力及び抗力の相対的な
影響、隣接した蒸気流の影響、並びにその他種々
の物理的変数に依存する。蒸気は、出口ノズル３
０を出る時、湿分分離器再熱器に向かつて矢印Ｅ
により示した大体の方向に出口配管を通り抜けな
がら、螺旋状の２次流を継続する。上述した２次
流に加えて、第７図に示したような壁体２８の内
表面３８に水が集まることが分かつた。

第７図及び第８図を参照すると、本発明の提供
する予備湿分分離器４０が示されている。この予
備湿分分離器４０は、排気フード室２６に延入す
る入口端４４と配管３２の内径に等しい最終直径
を有する出口端４６とをもつ第１の内側中空部材
４２を備える。第１の内側中空部材４２はその出
口端４６で配管３２に取着され、配管３２に対し
て封止関係で接続部４８を形成する。第２の内側
中空部材５０は、第７図に示すように、第１の内
側中空部材４２の回りに同軸状に配置されてい
る。この第２の内側中空部材５０は、その一端５
２で第１の内側中空部材４２の入口端４４に取着
され、他端５４で配管３２に取着されている。か
くして、第２の内側中空部材５０の内表面５８
と、配管３２の内表６０と、第１の内側中空部材
４２の外表面６２との間に下流側の第１通路５６
が形成される。また、第２の内側中空部材５０の
外表面６６と、壁体２８の内表面３８との間に上
流側の第２通路６４が形成される。また、第２の
内側中空部材５０は出口ノズル３０の内壁面と間
隔をおいて配置されて、連通路８４が形成され
る。第１排水手段６８は第１通路５６に流体連通
して該第１通路５６を排水し、第２排水手段７０
は第２通路６４に流体連通して該第２通路６４を
排水する。

第１の内側中空部材４２は、第７図に示すよう
に、その入口端４４近くの所定位置貫通開口７２
を有する。本発明では、排気フード室２６の壁体
２８の表面を流れる水は、連通路８４を通つて第
２通路４によつて捕捉され第２排水手段７０によ
つて排水される。第１の内側中空部材４２は、同
伴された湿分と一緒に蒸気を含む流体の流れを圧
縮して、水を第１の内側中空部材４２の内表面７
４に形成させる。内表面７４に形成する水は上に
説明したような２次流の結果であり、この水は、
開口７２を通り抜け、第１通路５６によつて捕捉
され、そして第１排水手段６８によつて排水され
る。好適には、第１の内側中空部材４２はその入
口端４４の近傍に２次流形成部７６を含む。この
２次流形成部７６は、第７図に示すように、第１
の内側中空部材４２の湾曲壁部７８でよい。第７
図に示した湾曲壁部７８は、圧力損失と湿分除去
とを考慮して決めた曲率を有する。開口７２は湾
曲壁部７８で始まるのが望ましい。湾曲壁部７８
によつて旋回の速度が増して２次流の大きさが増
し、そのため、第１の内側中空部材４２に設けら
れた開口と協働して、２次流から大部分の湿分を
除去することができる。

第１通路５６は、その内部に、第１の内側中空
部材の外表面６２と第２の内側中空部材の内表面
５８との間に所定の間隔で複数の区画部８０を含
み、第８図に示すように、複数の小通路８２を形
成することが好ましい。矢印Ｌは流体の流れ方向
を示している。第１排水手段６８は各小通路８２
と流体連通している。区画部８０を含むことは、
円周方向の圧力変動のために予備湿分分離器特性
に劣化が生じるのを回避するために望ましい。

以上説明したように、この発明の蒸気タービン
の予備湿分分離器によれば、蒸気中の湿分は開口
を通つて第１通路から第１排水手段によつて、ま
た排気フードの表面に付着した水は連通路を通つ
て第２通路から第２水手段によつてそれぞれ排水
されるようなつているので、蒸気タービンの排気
部での水分よる侵食損傷が減少するという効果が
ある。

また、蒸気中の湿分の入口部となる第１の内側
中空部材の入口端の外周部に、排気フードの表面
に付着した水の通路となる連通路が形成され、ま
た第１通路の外周側に同軸状に第２通路が形成さ
れているので、配管の半径方向において湿分およ
び水がそれぞれの通路を通じて排水され、配管の
直管長さ寸法がそれだけ短くてすみ、狭い空間で
も予備湿分分離器を容易に設置できるという効果
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管ベンド部の例とそこを貫流する流
体の流線とを示す説明図、第２図は、第１図の管
ベンド部の線−における断面図、第３図、第
４及び第５図は、種々の条件下で管ベンド部を流
れるガス流内の液体の典型的な挙動を示す説明
図、第６図は、高圧蒸気タービンの排気部を部分
的に断面で示す側面図、第７図は、出口ノズル及
び関連の配管内の所定位置に本発明が実施されて
いる高圧蒸気タービンの排気部を部分的に断面で
示す側面図、第８図は、第７図の−線に沿つ
て切断した断面内の流体の流れを示す断面図であ
る。２０……蒸気タービンの排気部、２２……蒸気
タービン、２４……排気フード、２６……排気フ
ード室、２８……壁体、３０……出口ノズル、３
２……配管、３８……壁体の内表面、４０……予
備湿分分離器、４２……第１の内側中空部材、４
４……入口端、４６……出口端、４８……接続
部、５０……第２の内側中空部材、５２……第２
の内側中空部材の一端、５４……第２の内側中空
部材の他端、５６……第１通路、５８……第２の
内側中空部材の内表面、６０……配管の内表面、
６２……第１の内側中空部材の外表面、６４……
第２通路、６６……第２の内側中空部材の外表
面、６８……第１排水手段、７０……第２排水手
段、７２……第１の内側中空部材の開口、７４…
…第１の内側中空部材の内表面、８４……連通
路。

Claims

【特許請求の範囲】１排気フード室を囲うとともに出口ノズルおよ
びこの出口ノズルに取り付けられた配管を有する
排気フードを含む、蒸気タービンの排気部のため
の予備湿分分離器であつて、前記排気フード室に延入する入口端と、前記配
管の内径に等しい最終直径を有する出口端とを有
し、該出口端で該配管に取着されて該配管と封止
関係で接続部を形成する、第１の内側中空部材
と、該第１の内側中空部材と前記出口ノズルの壁と
の間に画成された下流側の第１通路および上流側
の第２上流通路と、前記第１通路の排水を行うべく該第１通路に液
体連通して配置された第１排水手段と、前記第２通路の排水を行うべく該第２通路に液
体連通して設けられた第２排水手段と、を備え、前記第１の内側中空部材は、所定の位置に、該
第１の内側中空部材を貫通する複数個の開口を有
するとともに、同伴された湿分と共に蒸気流を圧
縮することにより、該同伴された湿分の大部分
を、該第１の内側中空部材の内表面上に付着さ
せ、前記第１排水手段により排水するために前記
開口を通過して前記第１通路に流入させるように
なつており、更に、前記第１の内側中空部材の回りに同軸状
に配設されて、一端で前記第１の内側中空部材の
前記入口端に取着され、他端で前記配管に取着さ
れた第２の内側中空部材を備えていて、前記第１
通路が、一方の側の前記第１の内側中空部材と、
他方の側の前記第２の内側中空部材および前記配
管との間で画成され、前記第２通路が、第２の内
側中空部材と、前記出口ノズルの壁との間に形成
され、また該第２の内側中空部材は、該出口ノズ
ルの壁から間隔をおいて位置して、前記排気フー
ドの表面から前記第２排水手段に水を排水するた
めに該第２通路に通じる連通路を形成する、蒸気タービンの予備湿分分離器。