JPH0639883B2 - 熱水タ−ビン用ノズル - Google Patents
熱水タ−ビン用ノズルInfo
- Publication number
- JPH0639883B2 JPH0639883B2 JP58055529A JP5552983A JPH0639883B2 JP H0639883 B2 JPH0639883 B2 JP H0639883B2 JP 58055529 A JP58055529 A JP 58055529A JP 5552983 A JP5552983 A JP 5552983A JP H0639883 B2 JPH0639883 B2 JP H0639883B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- hot water
- throat
- flow
- water turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえば地熱熱水や転炉廃熱等の産業廃熱を
利用してエネルギ回収を行なうための熱水タービン用ノ
ズルに関する。
利用してエネルギ回収を行なうための熱水タービン用ノ
ズルに関する。
一般に用いられているタービンとしては、蒸気を利用し
た蒸気タービンや、水力を利用した水力タービンが知ら
れているが、近時、エネルギの有効利用の面から転炉廃
熱等の産業廃熱を利用して圧力熱水として回収し、熱水
タービンに供給しエネルギ回収を行なう技術手段が開発
された。
た蒸気タービンや、水力を利用した水力タービンが知ら
れているが、近時、エネルギの有効利用の面から転炉廃
熱等の産業廃熱を利用して圧力熱水として回収し、熱水
タービンに供給しエネルギ回収を行なう技術手段が開発
された。
上記技術手段は、高温高圧の熱水を末広ノズルにより断
熱的に膨張させ、熱エネルギを運動エネルギに変換し、
低圧高速の二相噴流を発生させ、その運動エネルギをタ
ービンを用いて回収する、いわゆる熱水タービンあるい
はトータルフロータービンと称されるシステムである。
熱的に膨張させ、熱エネルギを運動エネルギに変換し、
低圧高速の二相噴流を発生させ、その運動エネルギをタ
ービンを用いて回収する、いわゆる熱水タービンあるい
はトータルフロータービンと称されるシステムである。
上記熱水タービンのうちの衝動タービン形の熱水タービ
ンでは、第１図に示すように、ロータ１の周面に突設し
た翼２に隣接してノズル３を配置して、ノズル３から出
る二相噴流でロータ１を回転させるようにしているが、
この場合、二相噴流の衝突する部材にエロージョン等が
発生しないように、液滴を微粒化できるノズルを用いる
必要がある。
ンでは、第１図に示すように、ロータ１の周面に突設し
た翼２に隣接してノズル３を配置して、ノズル３から出
る二相噴流でロータ１を回転させるようにしているが、
この場合、二相噴流の衝突する部材にエロージョン等が
発生しないように、液滴を微粒化できるノズルを用いる
必要がある。
上記ノズル３は、第２図に示すように、絞り部４で加速
されてのど部５に達した二相流を拡大部６で高速流とし
て翼２に向けて噴流するいわゆるラバルノズルであっ
て、出口端より噴出する際に液滴の微粒化が行なわれる
ようになっている。
されてのど部５に達した二相流を拡大部６で高速流とし
て翼２に向けて噴流するいわゆるラバルノズルであっ
て、出口端より噴出する際に液滴の微粒化が行なわれる
ようになっている。
上記形式のノズルでは、液滴の微粒化は、拡大部の高流
噴流中で起こるが、その効果は小さく、十分な微粒が得
られない。また断熱的に膨張する二相流体は相変化を伴
ない、熱エネルギを運動エネルギに変換することで加速
されるが、その過程において摩擦力が作用し、蒸気と液
体の間に速度が生じ、運動エネルギに変換され得る熱落
差が減少し、一種のロスが発生するので、エネルギ効率
より見ると問題である。
噴流中で起こるが、その効果は小さく、十分な微粒が得
られない。また断熱的に膨張する二相流体は相変化を伴
ない、熱エネルギを運動エネルギに変換することで加速
されるが、その過程において摩擦力が作用し、蒸気と液
体の間に速度が生じ、運動エネルギに変換され得る熱落
差が減少し、一種のロスが発生するので、エネルギ効率
より見ると問題である。
また上記形式のノズルでは、熱供給圧力やエンタルピが
低く、ノズル入口の蒸気重量分率（クオリティ）の低い
場合には液滴径を１μ程度まで微粒化することが難し
い。
低く、ノズル入口の蒸気重量分率（クオリティ）の低い
場合には液滴径を１μ程度まで微粒化することが難し
い。
一方、熱水タービンでは、ノズルの性能低下を防ぐため
に、ノズル入口の二相状態をフラッシュタンクやフラッ
シュバルブを設けて整えるようにしたものであるが、ノ
ズル性能を十分引き出すにはノズル入口で少なくとも２
％程度のクオリティを必要とする。バルブ等で生じる現
象は、ほぼ等エンタルピ的なものとなりエネルギロスが
大きくなり、より低いクオリティからでも等エントロピ
に近い膨張が行なえ、液体の微粒化を可能にしたノズル
の開発が必要となっている。
に、ノズル入口の二相状態をフラッシュタンクやフラッ
シュバルブを設けて整えるようにしたものであるが、ノ
ズル性能を十分引き出すにはノズル入口で少なくとも２
％程度のクオリティを必要とする。バルブ等で生じる現
象は、ほぼ等エンタルピ的なものとなりエネルギロスが
大きくなり、より低いクオリティからでも等エントロピ
に近い膨張が行なえ、液体の微粒化を可能にしたノズル
の開発が必要となっている。
上記ノズルの入口で低クオリティの場合には、流動が比
較的均質な噴霧流とならず、スラグ流や環状噴霧流を形
成し、したがって壁面に液膜が形成され、液体の微粒化
が阻害され、エネルギロスも高められることになる。
較的均質な噴霧流とならず、スラグ流や環状噴霧流を形
成し、したがって壁面に液膜が形成され、液体の微粒化
が阻害され、エネルギロスも高められることになる。
しかして、流体が加速され、微粒化プロセスの働くノズ
ル内では、壁面に液膜が形成されないようなノズル構造
にすることがノズル性能の向上に作用し、二相流の流動
は上流でのボイド分布に大きく左右されるのでノズル入
口で液相を流路中央部に集中するように設計すると液滴
の微粒化に効果的であることが判った。
ル内では、壁面に液膜が形成されないようなノズル構造
にすることがノズル性能の向上に作用し、二相流の流動
は上流でのボイド分布に大きく左右されるのでノズル入
口で液相を流路中央部に集中するように設計すると液滴
の微粒化に効果的であることが判った。
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、低いクオ
リティのノズル入口条件において、高いエネルギ効率を
得るとともに液滴の微粒化を促進できるようにした熱水
タービン用ノズルを提供することを目的とする。
リティのノズル入口条件において、高いエネルギ効率を
得るとともに液滴の微粒化を促進できるようにした熱水
タービン用ノズルを提供することを目的とする。
本発明の目的は、細径ののど部とこののど部から漸次拡
開する形状の出口部を設けるとともに、上記のど部に連
らなる入口部に、壁面に付着する液膜を流路中央に導く
ための絞り部材を設け、ノズル軸線にほぼ沿って延びる
ように挿入部材を配置し、挿入部材の光端を絞り部材を
通してのど部の近傍またはのど部の内部に位置させ、壁
面に沿って流れる液膜を流路中央に導き、微粒化を促進
させてエネルギ効率を上げるようにした熱水タービン用
ノズルによって達成される。
開する形状の出口部を設けるとともに、上記のど部に連
らなる入口部に、壁面に付着する液膜を流路中央に導く
ための絞り部材を設け、ノズル軸線にほぼ沿って延びる
ように挿入部材を配置し、挿入部材の光端を絞り部材を
通してのど部の近傍またはのど部の内部に位置させ、壁
面に沿って流れる液膜を流路中央に導き、微粒化を促進
させてエネルギ効率を上げるようにした熱水タービン用
ノズルによって達成される。
以下本発明の一実施例を図面につき説明する。
第３図において符号１０は、熱水タービン用ノズルを示
し、このノズル１０は、全体としてラバルノズル形をな
しており、軸方向中央部分に細径ののど部１１が形成さ
れ、こののど部１１より下流側に漸次拡開する形状の出
口部１２が連らなり、また上記のど部１１の上流側に
は、大径の入口部１３が連らなっている。
し、このノズル１０は、全体としてラバルノズル形をな
しており、軸方向中央部分に細径ののど部１１が形成さ
れ、こののど部１１より下流側に漸次拡開する形状の出
口部１２が連らなり、また上記のど部１１の上流側に
は、大径の入口部１３が連らなっている。
一方、上記入口部１３には、口部形状を截頭円錐形１４
とし、大径部を上流側に位置させ、流路を絞るようにし
た絞り部材１５が配設されている。この絞り部材１５
は、ノズル１０の壁面に付着する液膜を流路中央に導く
ように作用する。
とし、大径部を上流側に位置させ、流路を絞るようにし
た絞り部材１５が配設されている。この絞り部材１５
は、ノズル１０の壁面に付着する液膜を流路中央に導く
ように作用する。
また、上記入口部１３の軸線上には挿入部材１６が配設
されている。上記挿入部材１６は、好ましくは断面円形
で先細り形状とし、かつ周面に液膜に乱れを生じさせる
ように凹凸面を形成したものであって、先端が、のど部
１１に近接するように位置されている。この挿入部材１
６先端位置は、のど部１１の内部まで延びていてもよ
い。このように挿入部１６の先端をのど部１１の内部に
延ばすことで、のど部の断面積を変化させることがで
き、ノズルの膨張の度合を調節することができる。
されている。上記挿入部材１６は、好ましくは断面円形
で先細り形状とし、かつ周面に液膜に乱れを生じさせる
ように凹凸面を形成したものであって、先端が、のど部
１１に近接するように位置されている。この挿入部材１
６先端位置は、のど部１１の内部まで延びていてもよ
い。このように挿入部１６の先端をのど部１１の内部に
延ばすことで、のど部の断面積を変化させることがで
き、ノズルの膨張の度合を調節することができる。
次に作用を説明する。
気相と液相に分離された高温高圧熱水が入口部１３に入
ると、この熱水は、入口部１３の壁面に沿って流れる
が、この際壁面に付着する液膜は、絞り部材１５に当
り、流路中央に導かれ、口部１４を通り抜ける。上記絞
り部材１５を通り抜けた熱水のうちの気相部分は急拡大
し入口部壁面に向かう流れや逆流域を形成し、また液相
部分は、密度が大きいので中央部分をのど部１１に向け
て流れる。
ると、この熱水は、入口部１３の壁面に沿って流れる
が、この際壁面に付着する液膜は、絞り部材１５に当
り、流路中央に導かれ、口部１４を通り抜ける。上記絞
り部材１５を通り抜けた熱水のうちの気相部分は急拡大
し入口部壁面に向かう流れや逆流域を形成し、また液相
部分は、密度が大きいので中央部分をのど部１１に向け
て流れる。
上記中央部分を流れる液相部分は、軸方向に延びる挿入
部材１６により案内されながら流れるので、この挿入部
材１６への付着液は上記入口部１３の壁面への付着液と
異なり、のど部近くで流路中央に放出される。
部材１６により案内されながら流れるので、この挿入部
材１６への付着液は上記入口部１３の壁面への付着液と
異なり、のど部近くで流路中央に放出される。
さらに、のど部近くでの急激な圧力変化により減圧沸騰
が生じうる場合には、液相は沸騰のための気泡核を形成
し、気相との流速差による微粒化に対してはのど部から
高速の気相中に、挿入部材の周面に付着し低速となった
液相を放出するので微粒化は促進されることになる。
が生じうる場合には、液相は沸騰のための気泡核を形成
し、気相との流速差による微粒化に対してはのど部から
高速の気相中に、挿入部材の周面に付着し低速となった
液相を放出するので微粒化は促進されることになる。
のど部１１を通過した熱水は、ノズル出口部１２からロ
ータ１の翼２に向けて噴出される。
ータ１の翼２に向けて噴出される。
〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、低クォリティ条件で
ノズル入口で環状噴霧流のように壁面に沿って流れる液
膜は流路中央に導かれ、微粒化が促進され、エネルギ効
率の向上となり、また減圧沸騰の生じやすい急加速部で
あるのど部近くに気泡核を供給し得るので沸騰を促進し
得、しかも挿入部材の断面積やのど部に対する挿入長さ
を可変することで二相流の適正膨張面積比を調整し得る
ので、液体の微粒化をより促進し得るという効果を奏す
る。
ノズル入口で環状噴霧流のように壁面に沿って流れる液
膜は流路中央に導かれ、微粒化が促進され、エネルギ効
率の向上となり、また減圧沸騰の生じやすい急加速部で
あるのど部近くに気泡核を供給し得るので沸騰を促進し
得、しかも挿入部材の断面積やのど部に対する挿入長さ
を可変することで二相流の適正膨張面積比を調整し得る
ので、液体の微粒化をより促進し得るという効果を奏す
る。
第１図は、衝動タービン形トータルフロー原動機の概略
図、第２図は従来の熱水タービン用ノズルの断面図、第
３図は本発明による熱水タービン用ノズルの断面図であ
る。 １０……ノズル、１１……のど部、１２……出口部、１
３……入口部、１５……絞り部材、１６……挿入部材。
図、第２図は従来の熱水タービン用ノズルの断面図、第
３図は本発明による熱水タービン用ノズルの断面図であ
る。 １０……ノズル、１１……のど部、１２……出口部、１
３……入口部、１５……絞り部材、１６……挿入部材。
Claims (1)
- 【請求項１】高温高圧の熱水、あるいは液体と蒸気の二
相流を断熱膨張させ、低圧高速の二相噴流を発生せしめ
るようにした熱水タービン用ノズルにおいて、細径のの
ど部とこののど部から漸次拡開する形状の出口部を設け
るとともに、上記のど部に連らなる入口部に、壁面に付
着する液膜を流路中央に導くための絞り部材を設け、ノ
ズル軸線にほぼ沿って延びるように挿入部材を配置し、
挿入部材の先端を絞り部材を通してのど部の近傍または
のど部の内部に位置させたことを特徴とする熱水タービ
ン用ノズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58055529A JPH0639883B2 (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 熱水タ−ビン用ノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58055529A JPH0639883B2 (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 熱水タ−ビン用ノズル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59183002A JPS59183002A (ja) | 1984-10-18 |
| JPH0639883B2 true JPH0639883B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=13001253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58055529A Expired - Lifetime JPH0639883B2 (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 熱水タ−ビン用ノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0639883B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3221382B2 (ja) | 1997-12-17 | 2001-10-22 | 株式会社村田製作所 | 非放射性誘電体線路およびその集積回路 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5444111A (en) * | 1977-09-13 | 1979-04-07 | Kobe Steel Ltd | Nozzle of hot-water turbine |
| JPS5849364Y2 (ja) * | 1979-02-23 | 1983-11-11 | 三菱重工業株式会社 | 二相流ノズル |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58055529A patent/JPH0639883B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59183002A (ja) | 1984-10-18 |
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