JPS5843587B2 - Jinetsufukaido Pump Souch - Google Patents
Jinetsufukaido Pump SouchInfo
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- JPS5843587B2 JPS5843587B2 JP50075771A JP7577175A JPS5843587B2 JP S5843587 B2 JPS5843587 B2 JP S5843587B2 JP 50075771 A JP50075771 A JP 50075771A JP 7577175 A JP7577175 A JP 7577175A JP S5843587 B2 JPS5843587 B2 JP S5843587B2
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は一般に地熱源のエネルギを利用して電力を発
生するまとまりのよい且つ効率のよい手段、更に具体的
に云えば、熱エネルギを地表に伝達する為、熱水の深井
戸に用いられる、過熱蒸気を効率よく発生して圧送する
装置を含む装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates generally to a coherent and efficient means of generating electricity using the energy of geothermal sources, and more specifically, to the use of hot water to transfer thermal energy to the earth's surface. The present invention relates to a device that is used in deep wells and includes a device that efficiently generates and pumps superheated steam.
地熱エネルギ源は、成る程度まで発電用に開発されてい
るが、一般に知られている従来の装置は動作効率が低く
、重大な欠点がある。Although geothermal energy sources have been developed to some extent for power generation, conventional devices commonly known have low operating efficiency and significant drawbacks.
井戸から地表に乾いた蒸気が供給される数少ない設備で
は、固形物を除去した後、蒸気を井戸の頭部から直接的
にタービンに供給することが出来る。In the few installations where dry steam is supplied to the surface from a well, the steam can be supplied directly to the turbine from the well head after solids removal.
他方、大抵の地熱井戸は、蒸気と腐食性溶質を持つ熱水
との混合物が地表に得られるのが特徴的であり、この為
、蒸気をタービンで使う前に、この蒸気から水を分離し
なければならない。On the other hand, most geothermal wells are characterized by the fact that a mixture of steam and hot water with corrosive solutes is obtained at the surface, so that the water must be separated from the steam before it is used in a turbine. There must be.
この両方の種類の設備では、得られる蒸気の圧力が低い
のが普通であり、旧来の燃料又は原子力を動力として普
通に運転される発電設備を用いた発電に較べて、発電効
率が比較的低い。Both types of equipment typically produce steam at low pressures, resulting in relatively low power generation efficiency compared to power generation using traditional fuel or nuclear-powered power generation equipment. .
ごく数少ない場合にだけ、地熱井戸が本当に過熱された
蒸気を発生し、望ましくないガスの分量も少なく、実質
的に液体状の水もない。In only a few cases, geothermal wells produce truly superheated steam, with small amounts of undesirable gases, and with virtually no liquid water.
従来の地熱装置に使われる井戸で液体状の水がかなりの
分量で存在することは、分離の他にも問題を生ずる。The presence of significant amounts of liquid water in wells used in conventional geothermal devices creates problems in addition to separation.
水が中位の熱さしかなければ、それから熱エネルギを抽
出するのは高価につくシ、或いは少なくても効率が悪い
。If the water is only moderately hot, extracting thermal energy from it is expensive, or at least inefficient.
熱を利用してもしなくても、水を処理しなければならな
い。Water must be treated with or without heat.
普通、水はかなりの濃度の石英、並びに塩化物、硫酸塩
、炭酸塩、硼酸塩及び同様なイオンを含めてアルカリ塩
を担持しており、このような溶解している全ての溶解塩
は、水の一部分でも突然にフラッシュ蒸発させて蒸気に
する点で、析出の問題を生ずる。Normally, water carries significant concentrations of quartz and alkaline salts, including chlorides, sulfates, carbonates, borates, and similar ions, and all such dissolved salts are Precipitation problems arise in that even a portion of the water suddenly flashes off to steam.
設備でアルカリ性の水を放出すると、河川の著しい化学
的及び熱的な汚染を生ずる。The release of alkaline water at the facility results in significant chemical and thermal pollution of the river.
最後に、地熱貯蔵源から大量の水を取出すと、熱井戸設
備の近辺で好ましくない地盤の沈下を招く慣れがあると
云う証拠もある。Finally, there is evidence that withdrawing large amounts of water from geothermal storage sources has the potential to lead to undesirable ground subsidence in the vicinity of thermal well installations.
地熱エネルギを抽出して利用する分野に於ける技術的な
進歩が、米国特許第3824793号に記載されている
。Technological advances in the field of extracting and utilizing geothermal energy are described in US Pat. No. 3,824,793.
この米国特許の発明では、地下の地熱源から乾いた過熱
蒸気を発生し、それによって地下にある装置を作動して
、高い圧力の極めて高温の井戸水を地表に圧送すること
により、効率よく電力を発生する手段が記載されている
。This U.S. patented invention efficiently generates electricity by generating dry, superheated steam from an underground geothermal source that operates underground equipment that pumps highly pressurized and extremely hot well water to the surface. The means by which it occurs is described.
きれいな水が第1の部位即ち地表にある部位から深井戸
に注入され、溶質を担持する高温の深井戸の水に貯えら
れている熱エネルギを第2の部位、即ち深井戸の部位で
、きれいな水から過熱蒸気を発生する為に利用する。Clean water is injected into a deep well from a first site, a site on the surface of the earth, and the thermal energy stored in the high temperature deep well water carrying solutes is transferred to a second site, a site in the deep well, to clean the well. Used to generate superheated steam from water.
この結果得られた乾いた過熱蒸気を井戸の底で利用し、
タービン駆動のポンプを作動し、溶質を担持する高温の
井戸水を地表にある第1の部位へ圧送する。The resulting dry superheated steam is used at the bottom of the well,
A turbine-driven pump is activated to force the hot well water carrying solutes to a first site at the surface of the earth.
水は常に且つ装置内のあらゆる場所でフラッシュ式の蒸
気の発生を防止するような圧力で圧送される。Water is pumped at all times and everywhere within the device at a pressure that prevents flash steam generation.
高いエネルギを持つ水を第1の部位で2元流体系に用い
、その熱エネルギを地表にある閉ループのボイラー・タ
ービン装置に伝達し、発電機を駆動する。High-energy water is used in a binary fluid system in a first section to transfer its thermal energy to a closed-loop boiler-turbine system at the surface of the earth to drive a generator.
冷却されたきれいな水が地表にある装置によって再生さ
れ、井戸の中にある蒸気タービンを作動する為に再び井
戸の中に注入される。The cooled, clean water is regenerated by equipment on the surface and injected back into the well to operate the steam turbine located within the well.
望ましくない溶質は、濃縮塩水の形で別個の井戸を介し
て地中に圧送される。Unwanted solutes are pumped into the ground through separate wells in the form of concentrated brine.
他の従来の装置の性能が比較的よくないのに較べて、こ
の米国特許に記載される発明は効率が高いと共に他の多
くの有利な特徴を持っている。Compared to the relatively poor performance of other conventional devices, the invention described in this patent is highly efficient and has many other advantageous features.
その用途は、ごく稀な乾いた蒸気源だけに制限されず、
しかも蒸気及び熱水を混合して供給する井戸に使われる
従来のごく普通の装置に伴う水と蒸気の分離の問題がな
い。Its applications are not limited to only rare dry steam sources;
Moreover, there is no problem of water and steam separation associated with conventional conventional equipment used in wells that supply a mixture of steam and hot water.
この新しい電力装置は乾いていて高度に過熱された蒸気
で運転されるから、現存の効率のよい熱伝達要素並びに
効率のよい高圧タービンを地表の部位で容易に採用する
ことが出来る。Because this new power plant operates on dry, highly superheated steam, existing efficient heat transfer elements as well as efficient high-pressure turbines can be readily employed at surface sites.
高い圧力にした高温の水の非常に大きな熱量が効率よく
利用される。The extremely large amount of heat from the high-pressure, high-temperature water is efficiently utilized.
高圧液体を熱伝達媒質として使うから、望ましくない蒸
気のフラッシュ生成が防止されると共に、それに伴って
溶解材料が沈積すると云う問題もない。The use of a high pressure liquid as the heat transfer medium prevents unwanted vapor flash formation and the attendant problems of deposits of molten material.
溶解塩が地熱源から必要なだけ遠く離した所で地中深く
効率よく圧送されるので、地表の汚染が避けられると共
に、地熱源の近辺に於ける地盤の沈下の惧れも殆んどな
い。Because the molten salt is efficiently pumped deep into the earth as far away as necessary from the geothermal source, contamination of the ground surface is avoided and there is little risk of ground subsidence in the vicinity of the geothermal source. .
この発明は前掲米国特許第3824793号に記載され
る種類の深井戸地熱装置の改良である。This invention is an improvement on deep well geothermal devices of the type described in U.S. Pat. No. 3,824,793, supra.
この発明では、地熱源から抽出したエネルギを利用して
、地表で電力を発生する効率のよい手段を提供する。The invention provides an efficient means of generating electricity at the surface of the earth using energy extracted from geothermal sources.
装置は、過熱蒸気を効率よく発生する手段と、井戸の底
にあって、熱水を地表に伝達し、そこでそのエネルギ含
有量を発電の為に有利に利用する新規な蒸気駆動の圧送
装置とを含む。The equipment includes an efficient means of generating superheated steam and a novel steam-driven pumping device located at the bottom of the well that transfers the hot water to the surface where its energy content is advantageously utilized for the generation of electricity. including.
この発明の1つの特徴として、発電装置を効率よく連続
的に運転出来るようにする地表に設けられた装置を利用
し、地下にある蒸気タービン・ポンプ装置の起動並びに
停止を制御出来るようにする。One feature of the invention is to utilize equipment installed on the surface of the earth that enables the efficient continuous operation of power generation equipment, and to control the start-up and shutdown of steam turbine pump equipment located underground.
この発明の別の面として、同心の垂直管の間にある局限
された環状容積内で効率よく蒸気を発生することが出来
る。Another aspect of the invention is the ability to efficiently generate steam within a confined annular volume between concentric vertical tubes.
この特徴により、蒸気が螺旋状に下向きに流れると共に
、水滴の割合が次第に減少し、この為両者が2本の管の
内の高温の方にごく接近して流れ、こうして蒸気生成効
率を改善する。This feature allows the steam to flow downward in a spiral pattern while the proportion of water droplets gradually decreases so that both flow in close proximity to the hotter end of the two tubes, thus improving steam production efficiency. .
特にこの発明は、熱水の深井戸と云う不利な環境内で使
うのに適したまとまりのよい且つ効率のよい蒸気タービ
ン装置の特徴に関係する。In particular, the invention relates to features of a coherent and efficient steam turbine system suitable for use within the hostile environment of deep hydrothermal wells.
この装置で、過熱蒸気が下向きに通過してタービンの羽
根車の周縁でタービンの羽根に入射する。In this device, superheated steam passes downward and impinges on the turbine blades at the periphery of the turbine impeller.
別の特徴として、この後、膨張する蒸気が小じんまりと
その流れの向きを反転し、蒸気をタービン羽根車の軸線
に沿って復流させ、地表へ送られるようにして、更にエ
ネルギが回収されるようにする。Another feature is that the expanding steam then slightly reverses its flow direction, allowing the steam to flow back along the axis of the turbine impeller and back to the surface, recovering even more energy. to be done.
排出蒸気をタービンの羽根車に通す構成により、普通の
井戸ケーシングの内側の限られた空間内で、圧送される
井戸の熱水の通路が制限されることがなくなる。The arrangement of passing the exhaust steam through the turbine impeller eliminates the restriction of the passage of pumped well hot water within the confined space inside a conventional well casing.
第1図は、地表よりずっと下方の層まで伸びる深井戸、
好ましくは地表よりも、高い圧力の極めて高温の水の豊
富な源が天然に利用出来るような深さの所にある深井戸
に浸漬されるこの発明の地熱エネルギ抽出装置の一部分
の全体的な構造並びに特性が示されている。Figure 1 shows a deep well extending far below the surface of the earth.
The general construction of a portion of the geothermal energy extraction device of the invention that is immersed in a deep well, preferably below the earth's surface, at a depth such that an abundant source of extremely hot water at high pressure is naturally available. and characteristics are shown.
作用するポンプ構造は熱水源の側にあって、全体的には
普通の井戸ケーシング管10の中にある。The working pump structure is located on the side of the hot water source and is generally located within a conventional well casing pipe 10.
第1図の実施例は、地表11より上方にある井戸頭部1
と、井戸頭部1から地表11より下方に伸びる主井戸部
分2とを含むことが判る。In the embodiment shown in FIG.
It can be seen that the main well portion 2 extends from the well head 1 to below the ground surface 11.
地下の高圧熱水源で、主井戸部分2が蒸気発生器の入力
部分3に結合される。The main well section 2 is coupled to the input section 3 of the steam generator with an underground high pressure hot water source.
蒸気発生器部分4、蒸気タービン部分5、原動所回転軸
受部分6及び熱水圧送部分7が相次いで段々深い所に設
けられている。A steam generator section 4, a steam turbine section 5, a power station rotation bearing section 6 and a hot water pumping section 7 are arranged one after another at progressively deeper depths.
地表11にある井戸頭部1から井戸ケーシング管10が
下方に伸び、その目的は後で説明するが、井戸の底に比
較的冷たく且つ比較的純粋な水の流れを供給する一番内
側のステンレススチール又はその他の高品質合金鋼の管
又は導管8を好ましくは同心に取巻いている。A well casing pipe 10 extends downward from the well head 1 at the ground surface 11, the purpose of which will be explained later, to provide a flow of relatively cool and relatively pure water to the bottom of the well. It preferably concentrically surrounds a tube or conduit 8 of steel or other high quality alloy steel.
井戸ケーシング10の中には、同様な品質で管8を取巻
く比較的大きな第2の管又は導管9も設けられ、井戸頭
部1から井戸の底にあるエネルギ変換及び圧送装置まで
伸び、後で説明するように、タービンの排出蒸気が地表
へ流れることが出来るようなする。Also provided within the well casing 10 is a second relatively large pipe or conduit 9 of similar quality surrounding the pipe 8 and extending from the well head 1 to the energy conversion and pumping equipment at the bottom of the well and later on. As described, the turbine exhaust steam is allowed to flow to the surface.
比較的きれいで冷たい水が地表11にある部位から管の
T継手12の領域まで圧送されることが第1図から判る
。It can be seen from FIG. 1 that relatively clean and cool water is pumped from a location at the surface 11 to the area of the pipe T-joint 12.
T継手12で、下向きに流れて来た水が2つの枝路に分
れる。At the T-joint 12, the water flowing downward is divided into two branches.
後で説明するように、第1の枝路はきれいな潤滑水を管
13及び17に送り、軸受部分6にある軸受装置を潤滑
する。As will be explained later, the first branch delivers clean lubricating water to the pipes 13 and 17 to lubricate the bearing arrangement in the bearing section 6.
第2の枝路はきれいな水を圧力調整装置15に送ると共
に、分配管16(1つ又は複数)を介して、合金管9及
び9aの大体同心の壁の間に形成された蒸気発生器18
の入力マニホルド22へ供給する。The second branch carries clean water to the pressure regulator 15 and via distribution pipe(s) 16 to a steam generator 18 formed between the generally concentric walls of the alloy tubes 9 and 9a.
input manifold 22.
この為、高圧蒸気が発生さヘタ−ビン部分5の内部に設
けられた蒸気タービンに送出される。For this purpose, high pressure steam is generated and sent to a steam turbine provided inside the turbine section 5.
5で示す位置に設けられ且つ軸受部分6内にある軸受に
支持されたタービンの作用は、部分7に設けられた熱水
ポンプを駆動することである。The action of the turbine located at 5 and supported on bearings in bearing section 6 is to drive a hot water pump provided in section 7 .
この為、高圧の熱水が、ポンプの回転する円錐端23と
関連した回転又は不動のシュラウド19との間にある回
転ポンプ翼20によって上向きに推進させられる。To this end, high-pressure hot water is propelled upward by a rotating pump vane 20 between the rotating conical end 23 of the pump and an associated rotating or stationary shroud 19.
熱水は管9,10の間の環状導管内を高速で上向きに圧
送され、こうして後で説明するように熱水に含まれる熱
エネルギを地表で利用することが出来るようにする。The hot water is pumped upwards at high speed in the annular conduit between tubes 9, 10, thus making the thermal energy contained in the hot water available for use at the surface, as will be explained later.
更に重要なことは、熱水を地表11・まで上向きに圧送
する時の圧力が、熱水がフラッシュ状に蒸気になって、
フラッシュ箇所で溶解塩を沈積すると云う望ましくない
ことが起らないような値であることである。More importantly, the pressure when pumping the hot water upwards to the earth's surface causes the hot water to flash into steam.
The value should be such that undesirable deposition of dissolved salts at the flash point does not occur.
この為、極めて高温で高圧の井戸水が上向きに圧送され
、合金管9,10によって限定された環状領域内を流れ
ることが判る。Therefore, it can be seen that the extremely high temperature and high pressure well water is forced upward and flows within the annular region defined by the alloy tubes 9 and 10.
井戸の熱水によって供給された熱が、蒸気発生器18の
マニホルド22に流れ込むきれいな水を直ちに高エネル
ギを持つ乾いた過熱蒸気に変換する。The heat provided by the well's hot water immediately converts the clean water flowing into the manifold 22 of the steam generator 18 into high energy dry superheated steam.
きれいな7Aは、T継手12及び圧力調整装置15を通
る前は、静水頭の為並びに普通は後で説明する地表ポン
プによって圧力カ塙められる為、非常に高い圧力にあり
、この為、それがフラッシュ操作によって蒸気になるこ
とはない。The clean 7A is at a very high pressure before passing through the tee 12 and pressure regulator 15 due to the hydrostatic head and because the pressure is usually supplemented by a surface pump, which will be explained later, so that it It does not turn into vapor due to flash operation.
圧力調整装置15はその中を通抜けるきれいな水の圧力
を制御し、蒸気発生器18の容積内で蒸発させられ且つ
過熱されるようにする。The pressure regulator 15 controls the pressure of the clean water passing therethrough so that it is evaporated and superheated within the volume of the steam generator 18.
高エネルギの蒸気が蒸気タービンを駆動し、膨張した後
、合金管8及び9の間に限定された環状導管の中を流れ
る比較的冷たい蒸気として、地表11まで上向きに流れ
るように方向転換させられる。The high-energy steam drives a steam turbine and after expansion is redirected to flow upward to the surface 11 as relatively cool steam flowing in an annular conduit confined between alloy tubes 8 and 9. .
後で説明するが、地表11では、主に高圧の熱水から熱
エネルギが回収されるが、タービンの排出蒸気からも回
収することが出来る。As will be explained later, at the earth's surface 11, thermal energy is mainly recovered from high-pressure hot water, but it can also be recovered from exhaust steam from a turbine.
第2図には、好ましい形式の蒸気発生器の入力部分3及
び蒸気発生器部分4の細部が示されている。FIG. 2 shows details of the input section 3 and the steam generator section 4 of a preferred type of steam generator.
全体的な形状は第1図について説明したものと同様であ
ることが判る。It can be seen that the overall shape is similar to that described with respect to FIG.
然し、第2図では、T継手12を利用して2つの圧力調
整装置即ち、圧力閾値弁15a及びそれと直列の差圧弁
15bに供給する。However, in FIG. 2, T-joint 12 is utilized to supply two pressure regulating devices: a pressure threshold valve 15a and a differential pressure valve 15b in series therewith.
両方の弁は普通のものであってもよいし、後で第16図
に説明するように変更することも出来る。Both valves may be conventional or may be modified as explained later in FIG. 16.
閾値弁15aの動作は、管9及び10の間を上昇して来
る熱水の流れの圧力を標本化することであり、この為、
接続用の中空管21が設けられている。The operation of the threshold valve 15a is to sample the pressure of the hot water flow rising between the pipes 9 and 10;
A hollow tube 21 for connection is provided.
第2図には、蒸気発生器18に対する対称形入力装置も
示されている。Also shown in FIG. 2 is a symmetrical input device to the steam generator 18.
この目的の為、半径方向の向きの分配管16の配列が設
けられ、差圧弁15bの圧力調整をした水を蒸気発生器
の端板29に設けられた開口を介して発生器18の容積
内へ通す。For this purpose, an array of radially oriented distribution pipes 16 is provided which directs the pressure-regulated water of the differential pressure valve 15b into the volume of the generator 18 through an opening provided in the end plate 29 of the steam generator. pass to.
このようにしてきれいな水が環状の蒸気発生器18に対
して対称的に分配され、そこで相当の熱量の一部分が圧
送される熱水から管9の壁を介して伝えられ、乾いた過
熱蒸気を発生する。In this way, clean water is distributed symmetrically to the annular steam generator 18, in which a significant portion of the heat is transferred from the pumped hot water through the walls of the tubes 9, producing dry superheated steam. Occur.
合金管9,9aは、代表的なスペーサ31 、31のよ
うな半径方向のスペーサの配列により、互いに隔てられ
且つ一定の関係に支持される。The alloy tubes 9,9a are separated from each other and supported in a fixed relationship by an array of radial spacers, such as typical spacers 31,31.
スペーサ31.31は垂直方向に整合していてよく、蒸
気発生器の壁に沿って間隔をおいてスペーサのこのよう
な配列を何個か使うかのが好ましいことが理解されよう
。It will be appreciated that the spacers 31.31 may be vertically aligned and it is preferred to use several such arrays of spacers spaced along the steam generator wall.
好ましい形のスペーサは、別の作用をするように成形さ
れる。A preferred form of spacer is shaped to perform a different function.
前に述べたように、マニホルド22から供給された新鮮
な水が、蒸気発生器18内を下降する時、過熱蒸気に変
換される。As previously mentioned, fresh water supplied from manifold 22 is converted to superheated steam as it descends within steam generator 18.
成る用途では、完全に蒸気せずに蒸気発生器18の容積
内を落下する水滴の割合が望ましくない程になることが
判った。It has been found that in some applications, an undesirable proportion of water droplets fall within the volume of the steam generator 18 without being completely steamed.
このような水滴は乾いた蒸気より密度が大きいから、そ
れらは流れの内の既に蒸発している部分よりずっと速く
下降し、従って、大体流れの中心にとどまる傾向があり
、熱伝達が大きい管9の加熱面に当らない。Since such water droplets are denser than dry steam, they fall much faster than the already evaporated part of the stream and therefore tend to remain more or less in the center of the stream, resulting in greater heat transfer in the tube 9. Do not hit the heating surface.
蒸気発生器18では、環状容積内を2相の流れが下向き
に流れ、且つ環状容積の内側の面(合金管9a)が蒸気
発生過程に熱エネルギを供給するよりも、熱を吸収する
傾向があると云う点で、別の問題がある。In the steam generator 18, a two-phase flow flows downward within the annular volume, and the inner surface of the annular volume (alloy tube 9a) tends to absorb heat rather than supply thermal energy to the steam generation process. In that sense, there is another problem.
この熱吸収のメカニズムは、管9a内を上昇する流体が
比較内冷たいタービンの排出蒸気である為である。The mechanism of this heat absorption is that the fluid rising in the pipe 9a is relatively cold turbine exhaust steam.
この望ましくない結果を克服する為、32に示すような
スペーサの配列を用いることが出来る。To overcome this undesirable result, an arrangement of spacers as shown at 32 can be used.
スペーサ32は垂直ではなく、垂直に対して有限の角度
を有する。Spacer 32 is not vertical, but has a finite angle to the vertical.
普通は面9aに沿って間隔をおいてスペーサ32のこの
ような配列を幾つか使う。Typically, several such arrays of spacers 32 are used, spaced apart along face 9a.
その形並びに平均の傾斜角は全体的な設計に関係するが
、彎曲したスペーサは、下降する2相流体を矢印33で
示すような全体的に螺旋通路へ旋回させるように配置さ
れる。Although its shape and average inclination angle are related to the overall design, the curved spacer is arranged to swirl the descending two-phase fluid into a generally helical path as shown by arrow 33.
こうして遠心力の作用により、水滴並びに既に変換され
た蒸気の両方を冷却管9aの連続面によって表わされる
吸熱部から遠ざけ、管9の連続面によって表わされる熱
源に向けるようにする。The action of centrifugal force thus directs both the water droplets as well as the steam already converted away from the heat absorption represented by the continuous surface of the cooling tube 9a and towards the heat source represented by the continuous surface of the tube 9.
その結果、既に変換されている蒸気が更に加熱されると
共に、水滴があっても、蒸気発生器18の容積内を蒸気
タービンに向って通過する時、その水滴が蒸気に変換さ
れて更に加熱されるので有利である。As a result, the already converted steam is further heated and any water droplets are converted to steam and further heated as they pass through the volume of the steam generator 18 towards the steam turbine. It is advantageous because
この発明の実用的な形式を決める際に解決しなければな
らない大きな問題は、特にその構造を標準的な寸法の井
戸ケーシング内に挿入するのが好ましいので、小形であ
ると共に効率がよい形を作り出すことにあることが理解
されよう。A major problem to be solved in determining the practical form of this invention is to create a form that is both compact and efficient, especially since the structure is preferably inserted within a well casing of standard dimensions. It will be understood that this is true.
従って、構造が小形であること並びに動作効率がよいこ
とが、第1図のタービン部分5に設けられる第3図乃至
第6図の装置の主要な特徴である。Compactness of construction and high efficiency of operation are therefore the main features of the device of FIGS. 3 to 6, which is installed in the turbine section 5 of FIG.
第3図を参照すれば、第2図の導管が蒸気タービン部分
5に入り込んでいることが判る。Referring to FIG. 3, it can be seen that the conduits of FIG. 2 enter the steam turbine section 5.
例えば、圧送される熱水の通路が管9,10の間にあり
、管9,9aの向い合った面が蒸気発生器の蒸気出力通
路18を限定する。For example, the passage of hot water to be pumped is between the tubes 9, 10, and the opposite sides of the tubes 9, 9a define the steam output passage 18 of the steam generator.
管9a、17の間にタービンから上向きに流れる排出蒸
気に対する通路がある。Between the tubes 9a, 17 there is a passage for exhaust steam flowing upwardly from the turbine.
管17はきれいな水が流路40,41を介して下向きに
蒸気タービン部分5へ流れ且つそれを通越すように実効
的に延長されている。Pipe 17 is effectively extended so that clean water flows downwardly to and past steam turbine section 5 via channels 40,41.
管9a及び17の間に溶接された一連の相隔たる半径方
向の翼34が支持作用をする。A series of spaced apart radial wings 34 welded between tubes 9a and 17 provide support.
これらの翼は、上昇する排出蒸気の室内で、排出蒸気が
実質的に回転運動を持たずに垂直方向に流れるように、
排出蒸気を方向転換する傾向もある。These vanes allow the exhaust steam to flow vertically in the rising exhaust steam chamber with virtually no rotational motion.
There is also a tendency to redirect exhaust steam.
第3図の蒸気タービンを作動する為、管9,9aの間に
ある蒸気発生器18からの蒸気が環状マニホルド42に
送込まへそこから大体普通の設計の蒸気噴射ノズルの配
列43に流れ込む。To operate the steam turbine of FIG. 3, steam from a steam generator 18 located between tubes 9, 9a is fed into an annular manifold 42 and thence into an array 43 of steam injection nozzles of generally conventional design.
第6図の展開図の43の所に、ノズル59が更に詳しく
示されており、これらを普通のように用いて、高速蒸気
をタービンの各段の羽根に向ける。Nozzles 59 are shown in greater detail at 43 in the exploded view of FIG. 6 and are used in the conventional manner to direct high velocity steam to the blades of each stage of the turbine.
この発明の装置には、種々の公知の形式の1段式又は多
段式タービン羽根装置を用いることが出来る。Various known types of single-stage or multi-stage turbine blade systems can be used in the apparatus of the present invention.
然し、図面には多段式装置が示されている。第1段及び
第2段が夫々複数個の翼44.46で構成され、これら
は円形の基部リング47から円形配列で伸びている。However, a multi-stage device is shown in the drawings. The first and second stages each consist of a plurality of wings 44,46 extending from a circular base ring 47 in a circular arrangement.
翼44及び46の回転子配列がその中間にある固定子具
の普通の配列45と協働する。A rotor arrangement of wings 44 and 46 cooperates with a conventional arrangement 45 of stator fixtures therebetween.
固定子具はタービン部分5と軸受部分6とに共通の本体
ブロック74に固定されている。The stator is fixed to a body block 74 common to the turbine section 5 and the bearing section 6.
翼の配列44及び46を支持するリング47が普通のよ
うに羽根車のリム48に固定されている。A ring 47 supporting the vane arrays 44 and 46 is fixed to the impeller rim 48 in a conventional manner.
リム48は羽根車の一部分であり、この羽根車が一組の
スポーク54及びハブ49を持っている。Rim 48 is part of an impeller having a set of spokes 54 and a hub 49.
回転子装置が回転する時、ハブ49は軸部分50゜58
をも回転させる。When the rotor device rotates, the hub 49 rotates at the shaft portion 50°58
Also rotate.
ハブ49が軸部分50のねじつき延長部53にワッシャ
51及びナツト52によって固定される。Hub 49 is secured to threaded extension 53 of shaft portion 50 by washer 51 and nut 52.
小形の設計が出来るようにするこの発明の特徴は、有効
なエネルギをタービンの回転子に与えた膨張した蒸気の
処分に関することである。A feature of the invention that allows for a compact design concerns the disposal of the expanded steam that has imparted useful energy to the rotor of the turbine.
この特徴により、場所をとる要素を使わずに、排出蒸気
を方向転換すると云う問題が解決される。This feature solves the problem of redirecting exhaust steam without using space-consuming elements.
この為、タービンの本体ブロック74に滑らかに彎曲し
た環状のトロシダ/11通路56を設け、これが回転翼
配列46から来る蒸気を軸部分58に向けて半径方向内
向きに方向転換すると同時に、蒸気が上向きに流れるよ
うにその方向を変える。To this end, the turbine body block 74 is provided with a smoothly curved annular Torocida/11 passage 56 which redirects the steam coming from the rotor blade arrangement 46 radially inward towards the shaft section 58 while at the same time Change its direction so that it flows upward.
環状の通路56が、本体ブロック74内に流し込み成形
された適当な彎曲を持つ面60と、これに向い合う環状
リング又は案内部55の面とによって限定される。An annular passage 56 is defined by a suitably curved surface 60 cast into the body block 74 and an opposing surface of the annular ring or guide 55 .
環状案内部55は半径方向に伸びる翼57の配列によっ
て支持することが出来、この翼は環状案内部55をター
ビンの本体ブロック74に支持する他に、排出蒸気を方
向転換して、その速度が主に垂直方向になり、回転運動
成分の振幅が小さくなるようにする傾向がある。The annular guide 55 may be supported by an array of radially extending vanes 57 which, in addition to supporting the annular guide 55 on the turbine body block 74, redirect the exhaust steam to increase its velocity. There is a tendency for the rotational motion component to have a small amplitude, mainly in the vertical direction.
この為、蒸気が環状の翼配列46を出てから再びタービ
ンの羽根車を通過するまで、蒸気の方向ぎめをする、滑
らかな側面を持つトロイダル形の蒸気膨張通路が形成さ
れる。This creates a smooth-sided toroidal steam expansion path that directs the steam from the time it exits the annular blade arrangement 46 until it passes again through the turbine impeller.
スポーク54が恰もないように蒸気が羽根車を通過する
ように、タービン羽根車のスポーク54を特に第4図及
び第5図に示すように配置することにより、タービン羽
根車を蒸気が通過するのが特に容易になる。By arranging the spokes 54 of the turbine impeller specifically as shown in FIGS. 4 and 5, the spokes 54 allow the steam to pass through the impeller in an unobtrusive manner. becomes especially easy.
スポーク54は、回転子の選ばれた動作回転速度に於け
るその影響が完全に中性になるように、リム48の回転
方向に対して個々に傾けられている。The spokes 54 are individually tilted with respect to the direction of rotation of the rim 48 so that their influence on the selected operating rotational speed of the rotor is completely neutral.
事実、スポーク54は、上向きに流れる蒸気とのエネル
ギのやり取りが望ましくは全くないような入射角を蒸気
の流れの方向に対して持つように成形されている。In fact, the spokes 54 are shaped to have an angle of incidence relative to the direction of steam flow such that there is desirably no exchange of energy with the upwardly flowing steam.
更に、蒸気タービンの回転要素の周縁より外側に蒸気の
通路を必要とせず、その結果、圧送される熱い井戸水の
流れを遮ることがない。Furthermore, no steam passages are required beyond the periphery of the rotating elements of the steam turbine, so that the flow of hot pumped well water is not interrupted.
前に述べたように、公知の蒸気タービンの別の特徴を用
いてもこの発明の範囲を逸脱しないことは当業者に明ら
かであろう。As previously mentioned, it will be apparent to those skilled in the art that other features of known steam turbines may be used without departing from the scope of this invention.
例として云うと、羽根の単一の配列を持つタービンの一
組のノズルを介して蒸気を下向きに通し、その後第2組
のノズル及び同じタービンの羽根を介して上向きに流れ
るように逆転する2段式再突入型タービンを用いること
が出来る。As an example, a turbine with a single array of blades may pass steam downward through one set of nozzles and then reverse to flow upward through a second set of nozzles and the same turbine blades. Staged reentry turbines can be used.
使用ずみの蒸気はやはり第3図に示す方向に排出される
。The spent steam is also discharged in the direction shown in FIG.
第7図は軸受部分6及び熱水ポンプ部分7の要素の関係
を特に示している。FIG. 7 particularly shows the relationship of the elements of the bearing part 6 and the hot water pump part 7.
第3図を見れば、第7図の装置の中に井戸ケーシング1
0及び軸受ブロック又は本体ブロック74が入り込んで
おり、これから全体的に円錐形の鋳物75がボルト69
のようなボルトによって支持されていることが判る。If you look at Figure 3, you will see that there is a well casing 1 in the equipment shown in Figure 7.
0 and a bearing block or body block 74, from which a generally conical casting 75 is inserted into the bolt 69.
It can be seen that it is supported by bolts like this.
この鋳物が後で説明するポンプ装置を支持する。This casting supports the pumping device described later.
鋳物又はブロック74,75は、蒸気タービンが熱水ポ
ンプを直接的に駆動する為の軸と協働し且つそれを取巻
く軸受装置を収容するケーシングになることを含めて、
幾つかの主な作用をする。The castings or blocks 74, 75 include a casing that houses a bearing arrangement that cooperates with and surrounds the shaft for the steam turbine to directly drive the hot water pump.
It has several main functions.
然し、図を見易くする為、軸受装置は特に第9図につい
て、別個に説明する。However, for clarity of illustration, the bearing assembly will be described separately, particularly with respect to FIG.
その時の説明から、きれいな潤滑水が本体ブロック74
、通路41、環状マニホルド73及び通路73a(1つ
又は複数)を介して軸受装置に供給されることが理解さ
れよう。From the explanation at that time, clean lubricating water was added to the main body block 74.
, passage 41, annular manifold 73 and passage(s) 73a to the bearing arrangement.
更に、72及び76に示すような結合部材が軸受の成る
要素を鋳物ブロック74.75に対して位置ぎめする。Furthermore, coupling members such as those shown at 72 and 76 position the bearing elements relative to the cast blocks 74,75.
ブロック74,75を一体化して衝撃並びに腐食から保
護する為の硬化ケースが設けられており、これは円筒形
部分70、及びブロック75の円錐形端部の中に同心に
下向きに伸びる截頭円錐形の中空殻体部分71を持つ円
形要素の形をしている。A hardened casing is provided to integrate blocks 74, 75 and protect them from impact and corrosion, and includes a cylindrical portion 70 and a frusto-conical portion extending concentrically downwardly into the conical end of block 75. It is in the form of a circular element with a hollow shell portion 71 in the form of a circular element.
軸部分68のポンプ側の端が、円錐形殻体部分71及び
円錐形ブロック75の大体同一平面内にある端部をこえ
て突出し、円錐形の端を持つ回転子77を支持する。The pump end of the shaft portion 68 projects beyond the generally coplanar ends of the conical shell portion 71 and the conical block 75 and supports a rotor 77 with a conical end.
この回転子の円錐形の側面は、事実上、円錐形殻体要素
71の円錐面89の延長である。The conical side surface of this rotor is effectively an extension of the conical surface 89 of the conical shell element 71.
ノーズ・コーン回転子77が、翼20のような複数個の
ポンプ用具及びポンプ・シュラウドの回転可能な部分8
4を含めて、ポンプの他の回転要素を支持する。A nose cone rotor 77 connects a plurality of pump implements such as vanes 20 and rotatable portions 8 of the pump shroud.
4 to support other rotating elements of the pump.
固定の幾つかのシュラウド要素が回転可能なシュラウド
要素84と協働する。Several shroud elements that are stationary cooperate with the rotatable shroud element 84.
この内には、全体的に円筒形のシュラウド要素93があ
り、その上側円錐面82は円錐面89と大体同じ輪郭で
ある。Therein is a generally cylindrical shroud element 93 whose upper conical surface 82 is of approximately the same profile as the conical surface 89 .
環状シュラウド要素93が、複数個の固定の蒸気方向ぎ
め翼80により、面89から直接的に支持されている。An annular shroud element 93 is supported directly from surface 89 by a plurality of fixed steam steering vanes 80 .
翼80はシュラウド要素93を支持すると共に、圧送さ
れる熱水の流れの方向ぎめをするようにも作用する。The vanes 80 support the shroud element 93 and also serve to direct the flow of the pumped hot water.
第7図には翼80が大体図面の平面内にあるものとして
示しであるが、翼80は圧送される熱水のあらゆる回転
運動成分を上向きの並進運動に効率よく変換し、こうし
て上昇する時の熱水の圧力を高めることが好ましい。Although the blades 80 are shown in FIG. 7 as generally in the plane of the drawing, the blades 80 efficiently convert any rotational motion component of the pumped hot water into upward translational motion, thus as it ascends. It is preferable to increase the pressure of the hot water.
シュラウドの固定子部分93が、ボルト87のようなボ
ルトの配列によってシュラウド要素93に当てて所定位
置に保持された環状の構成を持つのど部材85によって
完成される。The stator portion 93 of the shroud is completed by a throat member 85 having an annular configuration held in place against the shroud element 93 by an array of bolts such as bolts 87 .
こうして、ポンプの口88に対し、シュラウドののど要
素85及びシュラウドの回転可能な要素84の内側彎曲
面と、円錐形の面82,89とが限定され、これが、ケ
ーシング内をかなり高い速度で流れるように高圧の熱水
を送る通路となる。Thus, the pump mouth 88 is bounded by the inner curved surfaces of the shroud throat element 85 and the shroud rotatable element 84, as well as the conical surfaces 82, 89, which cause the flow within the casing to be at a considerably high velocity. This serves as a passageway for sending high-pressure hot water.
前に述べたように、複数個の翼20が、軸部分68によ
って高速で回転出来るように、シュラウドの回転要素8
4をノーズ・コーン77から支持している。As previously mentioned, the rotating element 8 of the shroud allows the plurality of wings 20 to rotate at high speed by the shaft portion 68.
4 is supported from the nose cone 77.
羽根車の翼20を図面では大体平担な平面状の面を持つ
ものとして示しであるが、固定翼80と最も能率よく協
働する為には、第8図の展開図の20に示すような流体
力学的な、但し普通の彎曲した形を持つことが好ましい
。The impeller blade 20 is shown in the drawing as having a generally flat planar surface, but in order to work most efficiently with the fixed blade 80, it is shown as 20 in the exploded view of FIG. Preferably, it has a hydrodynamic but normal curved shape.
ポンプの口88の近くに環状封じ90を用いること等の
任意の便利な方法により、井戸の熱水がケーシング管1
0とポンプのシュラウドの固定子部分93との間を流れ
ることが防止される。Hot water from the well can be pumped into the casing pipe 1 by any convenient method, such as by using an annular seal 90 near the pump mouth 88.
0 and the stator portion 93 of the pump shroud.
この発明の新規な特徴として、熱水ポンプにスラスト釣
合い機構が設けられる。As a novel feature of this invention, the hot water pump is provided with a thrust balancing mechanism.
熱水を上向きに圧送する時にポンプによって圧力落差の
上昇が発生する為、タービンのポンプ軸に対しかなりの
軸方向下向きのスラストが加わる。As the pump generates an increase in pressure drop when pumping hot water upward, a significant downward axial thrust is applied to the turbine pump shaft.
このスラストは合計の動圧に大体比例する。This thrust is approximately proportional to the total dynamic pressure.
普通、かなりの場所が利用出来る装置では、大形のスラ
スト軸受を用いて予想される最大荷重に耐えるようにす
る。Typically, in systems where significant space is available, larger thrust bearings are used to withstand the maximum anticipated loads.
然し、こう云う軸受を今のような不利を環境で用いる場
合、かなりの動力損失が起り、長い寿命並びに効率が予
想されないことは確かである。However, it is certain that when such bearings are used in such disadvantageous environments, significant power losses occur and long life and efficiency are not expected.
大きな軸方向下向きのスラストの釣合いをとる機構を見
出す必要があることは、特定の例によって一般的に説明
することが出来よう。The need to find a mechanism to balance large axial downward thrusts may be generally illustrated by a specific example.
以下に挙げる特定の例は、単なる例示であって、そこに
挙げる数値は必ずしも実際に用いられる数値そのままと
はならない。The specific examples listed below are merely illustrative, and the numerical values listed therein are not necessarily the same as those actually used.
例えば、ポンプののど部の口88に於ける熱水の圧力が
約800ポンド/平方吋であるとする。For example, assume that the hot water pressure at the pump throat mouth 88 is approximately 800 pounds per square inch.
ポンプの動作状態では、羽根車の翼20が占める容積内
での圧力は例えば1050psiに上昇する。In operating conditions of the pump, the pressure within the volume occupied by the impeller blades 20 increases to, for example, 1050 psi.
固定子又は拡散翼80がケーシング10と円筒形部分7
0との間の環状容積81にぶつかる所では、圧力は11
50psiになるものと予想される。A stator or diffuser vane 80 connects the casing 10 and the cylindrical part 7
Where it hits the annular volume 81 between 0 and 0, the pressure is 11
It is expected to be 50 psi.
タービン又はポンプ装置が所期の運転速度で回転してい
る時、軸部分58に強い下向きのスラストが発生され、
通常はこれに対応して軸の等価面積に対し800psi
の熱水の上向きのスラストが加わる。When the turbine or pumping device is rotating at the intended operating speed, a strong downward thrust is generated on the shaft portion 58;
Correspondingly, typically 800 psi for the equivalent area of the shaft.
is added to the upward thrust of hot water.
そこで正味のかなりの下向きの力が残り、これは大形の
スラスト軸受によって吸収しなければならない。A significant net downward force then remains, which must be absorbed by the large thrust bearing.
第7図の圧力釣合い装置は望ましくない正味の下向きの
スラストを少なくシ、こうして小さな寸法のスラスト軸
受が使えるようにする。The pressure balance device of FIG. 7 reduces undesirable net downward thrust, thus allowing the use of smaller sized thrust bearings.
この軸受を第9図、第12図、第13図及び第14図に
ついて説明する。This bearing will be explained with reference to FIGS. 9, 12, 13, and 14.
軸の正味の下向きの力を少なくする装置の第1の点は、
円錐形回転子又はハブ端部77の形である。The first aspect of the device that reduces the net downward force on the shaft is that
It is in the form of a conical rotor or hub end 77.
回転子のハブ77には比較的大きな軸方向の中孔78と
、固定の円錐形鋳物ブロック75の大体水平の端部にあ
る相手のラビリンス封じ要素に密に接近して大体水平平
面内にあるラビリンス封じ79とが設けられる。The rotor hub 77 has a relatively large axial bore 78 and a mating labyrinth sealing element at the generally horizontal end of the stationary conical cast block 75 in close proximity and in a generally horizontal plane. A labyrinth closure 79 is provided.
封じ79の要素は軸の端部68と同心であり、周知のよ
うに、数多くの同心のリング形ラビリンス要素で構成す
ることが出来る。The elements of the seal 79 are concentric with the shaft end 68 and can be constructed of a number of concentric ring-shaped labyrinth elements, as is well known.
図面には、見易くする為、1段だけが示されている。Only one stage is shown in the drawing for clarity.
この為、熱水は中孔78に対しては軸方向に且つラビリ
ンス封じ79の狭い通路を半径方向に流れることが出来
る。Therefore, the hot water can flow axially into the hollow hole 78 and radially through the narrow passage of the labyrinth seal 79.
中孔78とラビリンス封じ79とが協働関係にない場合
、前の例で述べたように、回転子の円錐形端部77の頂
部には約1050psiの圧力がかかり、或いは軸及び
回転子の端部77の面積の差を考慮に入れると、600
0ポンドの下向きのスラストがある。If the bore 78 and the labyrinth seal 79 are not in a cooperating relationship, there will be approximately 1050 psi of pressure on the top of the rotor conical end 77, or as described in the previous example, or the shaft and rotor Taking into account the difference in area of the end portion 77, 600
There is 0 pounds of downward thrust.
第7図に示す形式では、ラビリンス封じ79は1050
psiの環状領域80から少量の熱水しか回転子のハブ
77の中央頂部へと半径方向内向きに流れさせない。In the format shown in FIG. 7, the labyrinth seal 79 is 1050
Only a small amount of hot water flows radially inward from the psi annular region 80 to the central top of the rotor hub 77.
封じ79に於ける高いインピーダンスの通路並びに中孔
78に於ける低いインピーダンスとの協働作用により、
ハブ77の頂部に於ける圧力は前の1050psiでは
なく、大体8000psiになり、正味の下向きのスラ
ストを920ポンド減少する。The high impedance passage in the seal 79 and the low impedance in the bore 78 cooperate to
The pressure at the top of hub 77 is now approximately 8000 psi instead of the previous 1050 psi, reducing the net downward thrust by 920 pounds.
ラビリンス封じ79の区域が例えばSOO乃至1050
psiの中間の圧力にあることが認められる。For example, the labyrinth sealing area 79 is from SOO to 1050
It is observed that the pressure is in the middle of psi.
軸にかかる下向きのスラストを減少する装置の第2の点
は、シュラウドの固定子要素85,93及びポンプの羽
根車の翼20に固定されていてそれと共に回転するシュ
ラウドの回転子要素84を含むポンプ・シュラウド装置
に取入れられている。A second aspect of the apparatus for reducing the downward thrust on the shaft includes a shroud stator element 85, 93 and a shroud rotor element 84 which is fixed to and rotates with the pump impeller vanes 20. Incorporated into pump shroud equipment.
シュラウドの回転子部分84とシュラウドの固定子要素
85.93の界面に1対の協働する環状ラビリンス封じ
要素91.92が収容される。A pair of cooperating annular labyrinth sealing elements 91.92 are housed at the interface of the shroud rotor portion 84 and the shroud stator element 85.93.
別々の封じ部分91.92の中間に、管10内の115
0psiの圧力とつながる接続点でケーシング管10の
直ぐ内側の環状通路と接続される通路83に対する開口
がある。115 in the tube 10 between the separate sealing parts 91,92.
There is an opening to a passage 83 that connects with the annular passage just inside the casing tube 10 at a connection point that connects to a pressure of 0 psi.
ラビリンス封じ91はラビリンス封じ92よりかなり直
径が大きい。Labyrinth seal 91 is considerably larger in diameter than labyrinth seal 92.
別々のラビリンス封じ91.92の要素が、普通は複数
個の協働するリング形ラビリンス要素で構成される。The separate labyrinth closure elements 91,92 are usually composed of a plurality of cooperating ring-shaped labyrinth elements.
通路83がある為、封じ91の前後にかなりの差圧、例
えば100 psiが発生する。Due to the presence of passageway 83, a significant pressure differential across seal 91, for example 100 psi, is created.
この差圧は、封じ91,92の面積の差に対して上向き
に作用し、例えば380ポンドの上向きのスラストを発
生し、動作中のポンプの下向きのスラストと釣合うよう
に作用する。This differential pressure acts upwardly on the difference in area of seals 91, 92, creating an upward thrust of, for example, 380 pounds, which acts to balance the downward thrust of the pump during operation.
この為、スラスト補償装置の第1及び第2の部分が、こ
れから説明するスラスト軸受装置に加わる力を著しく減
少し、その為、比較的小さな直径のスラスト軸受を使う
ことが出来る。Thus, the first and second parts of the thrust compensator significantly reduce the forces on the thrust bearing arrangement that will be described, so that relatively small diameter thrust bearings can be used.
このような釣合いをとる2つの特徴を利用することによ
り、動作の信頼性が保証されると共に損失が最小限にな
る。By utilizing these two balancing features, reliability of operation is guaranteed and losses are minimized.
軸方向のスラスト並びに釣合いの力はいづれもポンプの
吐出圧力に比例し、この為速度及び流量の成る範囲にわ
たって釣合い状態が保たれる。Both the axial thrust and the counterbalance force are proportional to the pump discharge pressure and thus remain balanced over a range of speeds and flow rates.
前に述べたように、第3図及び第7図の蒸気タービン及
びポンプ装置は軸上で回転するが、この軸の細部が第9
図乃至第13図に更に詳しく示されている。As previously mentioned, the steam turbine and pump apparatus of FIGS. 3 and 7 rotate on a shaft, and the details of this shaft are
This is shown in more detail in Figures 1-13.
次に特に第9図について説明すると、この軸はその回転
子を軸部分50に固定した蒸気タービンと、その回転子
を軸部分58に取付けた送水ポンプとの間で軸受部分6
を通抜けることが判る。Referring now particularly to FIG. 9, this shaft is mounted between a steam turbine having its rotor fixed to shaft portion 50 and a water pump having its rotor mounted to shaft portion 58 at bearing portion 6.
It turns out that it can pass through.
一般に、軸受部分6にある軸受支持構造は4つの主要要
素を持ち、これらは太くなった軸部分61と協働する第
1のラジアル軸受装置と、太くなり且つテーパがつけら
れた部分125と協働するスラスト軸受部分と、間欠的
に使われるように設けられた玉軸受部分154と、太く
なった軸部分94と協働する第2のラジアル軸受装置と
を含む。In general, the bearing support structure in the bearing section 6 has four main elements, which are a first radial bearing arrangement that cooperates with the thickened shaft section 61 and a thickened and tapered section 125. The shaft bearing section 154 includes a working thrust bearing section, a ball bearing section 154 provided for intermittent use, and a second radial bearing arrangement cooperating with the thickened shaft section 94.
タービン及びポンプの軸の軸受が、第7図にも環状マニ
ホルド73に接続して示す通路73aを介して注入され
るきれいな水の中に常に浸っていることが認められよう
。It will be appreciated that the turbine and pump shaft bearings are constantly immersed in clean water, which is injected via passage 73a, which is also shown in FIG. 7 as being connected to annular manifold 73.
軸受の全ての面に高圧のきれいな水を適用することによ
り、腐食性並びに汚染された熱水が存在することが防止
される。By applying high pressure clean water to all surfaces of the bearing, the presence of corrosive as well as contaminated hot water is prevented.
一般に、軸による半径方向の荷重は比較的小さく、これ
は軸部分61,94に関連したパッド形流体力学軸受を
傾けることによって対処出来る。Generally, the radial loads due to the shaft are relatively small and can be accommodated by tilting the pad-shaped hydrodynamic bearings associated with the shaft portions 61,94.
例えばポンプの動作中に生ずる大きな下向きのスラスト
は、後で第12図について更に詳しく説明するが、テー
パつき拡大部分125に付設されたパッド形流体力学ス
ラスト軸受を傾けることによって対処される。Large downward thrusts, such as those encountered during pump operation, are accommodated by tilting a pad-shaped hydrodynamic thrust bearing attached to the tapered enlarged portion 125, as will be discussed in more detail with respect to FIG. 12 below.
第14図に示すように、流体力学スラスト軸受の代りに
流体静力学スラスト軸受を用いてもよい。As shown in FIG. 14, a hydrostatic thrust bearing may be used instead of a hydrodynamic thrust bearing.
玉軸受装置154は、回転速度がゼロ又は低い時に軸の
スラストが上向きである時、即ち起動又は停止後の時に
だけ作用することが理解されよう。It will be appreciated that the ball bearing arrangement 154 is only active when the shaft thrust is upward when the rotational speed is zero or low, ie after starting or stopping.
この上向きのスラストを受けるように125に示すのと
同様な流体静力学軸受を設けた場合、この状態の時に存
在する回転速度では、軸受の面の間に分離用の流体膜を
作り出すのに不十分であり、その結果、損傷又は破壊が
起る惧れがある。If a hydrostatic bearing similar to that shown at 125 is provided to receive this upward thrust, the rotational speeds present during this condition will not be sufficient to create a separating fluid film between the surfaces of the bearing. sufficient that damage or destruction may occur.
極端な場合、蒸気タービンが、スラスト・パッド形軸受
の界面に於ける摩擦作用に対抗して装置の回転を開始す
るのに必要なトルクを供給出来ないことがある。In extreme cases, the steam turbine may not be able to provide the torque necessary to initiate rotation of the device against the frictional effects at the thrust pad bearing interface.
この為、玉軸受装置の主な作用は、装置の起動並びにそ
の回転が完全に停止する直前である。For this reason, the main action of the ball bearing device is when the device starts up and immediately before its rotation completely stops.
きれいな水が通路73aを介して幾つかの軸受の内部並
びに周りにある全ての通路に入り込み、軸受面をきれい
な冷たい水に絶えず浸すことが認められよう。It will be appreciated that clean water enters all the passages in and around some of the bearings via passage 73a, constantly bathing the bearing surfaces in clean, cold water.
スラスト軸受に流れ込んだ水は、例えば傾斜支持板13
2,133の間を通り、その後123及び122のよう
な通路を上向きに通って、軸受面61に付設されたラジ
アル軸受に入る。For example, the water that has flowed into the thrust bearing is
2, 133 and then upwardly through passages such as 123 and 122 into the radial bearing attached to bearing surface 61.
そこで軸受要素を潤滑し、高インピーダンスの封じ10
6を通越して上向きに流へ最後にタービンの排出部56
から放出される。There, the bearing elements are lubricated and a high impedance seal 10
6 and finally into the flow upwardly through the turbine discharge section 56
released from.
環状封じ106は保持器105によって局限された位置
に保持されており、これは軸部分50の円柱面に対する
すき間がごく小さい封じであることが好ましい。The annular seal 106 is held in a localized position by a retainer 105, which is preferably a seal with a very small clearance to the cylindrical surface of the shaft portion 50.
このようなすき間を持つ封じは周知であり、市場で入手
し得る。Such clearance closures are well known and commercially available.
例えば、炭化タングステン又は酸化アルミニウムで構成
されている。For example, it is made of tungsten carbide or aluminum oxide.
通路73aからスラスト軸受に注入された水が軸部分1
28を取巻く通路144へも下向きに流れ、こうして玉
軸受装置154のレース146゜147の間を流れる。The water injected into the thrust bearing from the passage 73a
It also flows downwardly into the passage 144 surrounding 28 and thus between the races 146 and 147 of the ball bearing arrangement 154.
この為、玉及びレース146゜147の軸受面が、軸部
分94に関連したラジアル軸受へと下向きに流れるきれ
いな水によって連続的に潤滑される。Thus, the bearing surfaces of the balls and races 146, 147 are continuously lubricated by clean water flowing downwardly into the radial bearings associated with the shaft portion 94.
このラジアル軸受に関連した軸受面もきれいな水で連続
的に潤滑され、この後、水は環状の高インピーダンス封
じ164を通越し、第7図について説明したように、上
向きに圧送される井戸の熱水へ流れ込む。The bearing surfaces associated with this radial bearing are also continuously lubricated with clean water, after which the water passes through the annular high impedance seal 164 and is pumped upward into the well heat as described with respect to FIG. flows into the water.
次に第9図及び第10図について、軸部分61゜94に
関連した2つのラジアル軸受の構造を説明する。9 and 10, the structure of the two radial bearings associated with the shaft portion 61.94 will now be described.
特に第10図を見れば、ラジアル軸受は全体的には普通
の傾斜パッド形構造であり、軸部分61が、軸に固定さ
れた酸化アルミニウムの円筒95で取囲まれていること
が判る。With particular reference to Figure 10, it can be seen that the radial bearing is generally of a conventional tilted pad type construction, with the shaft portion 61 being surrounded by an aluminum oxide cylinder 95 secured to the shaft.
普通の場合、3つの傾斜パッド面が酸化アルミニウムの
円筒95と協働する。In the normal case, three angled pad surfaces cooperate with the aluminum oxide cylinder 95.
典型的な構造はパッド位置ぎめ軸101を持つ結合部材
72を用いる。A typical construction uses a coupling member 72 with a pad positioning axis 101.
このパッド位置ぎめ軸が本体ブロック74内の中孔に入
る。This pad positioning shaft enters a hollow hole in the main body block 74.
パッド位置ぎめ軸101は、ねじ部分102の設定位置
に応じて位置ぎめされるが、本体74内で半径方向に調
節出来るように配置されている。Pad positioning axis 101 is positioned according to the set position of threaded portion 102 and is radially adjustable within body 74 .
軸101はその反対側の端に硬化鋼の玉99を持ち、そ
の一部分が皿孔100に入る。The shaft 101 has a hardened steel ball 99 at its opposite end, a portion of which enters the countersink 100.
玉99が本体ブロック74の円筒形の壁97の水で充た
された内部に入り込み、そこで軸受支持ブロック96に
ある対応する凹みに突っ込んでいる。The balls 99 enter the water-filled interior of the cylindrical wall 97 of the body block 74 where they plunge into corresponding recesses in the bearing support block 96.
その内側の弓状面にはろう付は又はその他の普通の方法
により、酸化アルミニウムで作られた弓形扇形片98が
固定されている。An arcuate sector 98 made of aluminum oxide is fixed to its inner arcuate surface by brazing or other conventional methods.
扇形片98及び円筒95は相接する面を持ち、その間に
非常に薄いきれいな水の潤滑膜がある。The sector 98 and cylinder 95 have abutting surfaces with a very thin clean water lubricating film between them.
酸化アルミニウムの円筒形要素95も、ろう付けにより
、或いは第9図の上側部分にみられる環状フランジ10
4のような機械的な取付は具を用いて軸61に固定する
ことが出来る。A cylindrical element 95 of aluminum oxide may also be soldered or attached to the annular flange 10 seen in the upper part of FIG.
Mechanical attachment like 4 can be fixed to the shaft 61 using a tool.
実際には、軸部分61の位置を完全に設定する為、3個
又は更に多くの同様な傾斜パッド形ラジアル軸受を用い
る。In practice, three or more similar tilt pad type radial bearings are used to perfectly set the position of the shaft portion 61.
第9図の軸部分94にあるラジアル軸受を同様に構成し
、動作させることが出来ることは明らかであろう。It will be apparent that the radial bearing in shaft portion 94 of FIG. 9 can be similarly constructed and operated.
スラスト軸受装置が第9図で、軸部分61,94に関連
した2つのラジアル軸受の間に配置され、第9図、第1
2図及び第13図に詳しく示されている。A thrust bearing arrangement is arranged in FIG. 9 between the two radial bearings associated with the shaft portions 61, 94;
This is shown in detail in FIGS. 2 and 13.
特に第9図から判るように、傾斜パッド形スラスト軸受
装置が水平の界面126を構成する拡大テーパつき部分
125を含む。As can be seen in particular from FIG. 9, the tilt pad thrust bearing arrangement includes an enlarged tapered portion 125 defining a horizontal interface 126.
界面126には、商用のフロロカーボン・ビトン結合剤
によって結合するか、或いはろう付は又はその他の方法
により、軸部分128と大体同心の平担なセラミック・
リング129が結合されている。The interface 126 may be bonded with a commercially available fluorocarbon Viton bond, or by brazing or other methods, with a flat ceramic material generally concentric with the shaft portion 128.
A ring 129 is attached.
セラミック・リング129はアルミナで構成することが
出来るが、その露出した平担な環状面127がスラスト
軸受面を形成する。Ceramic ring 129, which may be constructed of alumina, has an exposed flat annular surface 127 that forms the thrust bearing surface.
ラジアル軸受の場合と同じく、使うアルミナは、純度9
9.5%の酸化アルミナで゛あるC00R8995の名
前で知られている品質であってよい。As with radial bearings, the alumina used is purity 9.
It may be of the quality known under the name C00R8995, which is 9.5% alumina oxide.
第12図及び第13図に一番はっきりと示されているが
、平担な軸受面127が軸受130の面のような複数個
の軸受面と協働する。As best seen in FIGS. 12 and 13, a flat bearing surface 127 cooperates with a plurality of bearing surfaces, such as the surface of bearing 130.
各々の軸受130が傾斜パッド形スラスト軸受要素に関
連している。Each bearing 130 is associated with a tilt pad type thrust bearing element.
各々の傾斜軸受パッドは扇形の截頭円錐形金属基板13
1を持ち、これに対し関連した扇形のセラミック軸受1
30を界面135の所でろう付は又はその他の方法によ
って永久的に固着することが出来る。Each inclined bearing pad has a sector-shaped frusto-conical metal substrate 13.
1 and an associated sector-shaped ceramic bearing 1
30 may be permanently secured at interface 135 by brazing or other methods.
セラミック軸受130の面は、金属基板131の下面の
中心に設けられた球形凹部170と協働するこれから説
明する機械的な装置により、環状セラミック・リング1
29の面127に密に追従することが出来る。The surface of the ceramic bearing 130 is inserted into the annular ceramic ring 1 by means of a mechanical device which will now be described, cooperating with a spherical recess 170 provided in the center of the lower surface of the metal substrate 131.
It is possible to closely follow the surface 127 of 29.
面127が回転する時、複数個のセラミック軸受130
が環状支持板134に対して傾斜し易くする為、1対の
傾斜支持板132,133を使う。When surface 127 rotates, a plurality of ceramic bearings 130
A pair of inclined support plates 132 and 133 are used to make it easier to incline with respect to the annular support plate 134.
傾斜支持板132が硬化した玉171の円形配列を持ち
、夫々の凹み170に対して1つずつ半球形支持面を形
成する。The inclined support plate 132 has a circular array of hardened balls 171, one for each recess 170, forming a hemispherical support surface.
セラミック軸受130は、軸受130の内側部分が軸部
分128に密に接近している為、玉171の周りに回転
することが出来ないが、この時軸受130の面は、それ
が面127に精密に追従出来るようにするのに必要な成
る程度の機械的な拘束を有する。The ceramic bearing 130 cannot rotate around the balls 171 because the inner part of the bearing 130 is in close proximity to the shaft part 128; It has the degree of mechanical restraint necessary to enable it to follow.
それ以上の望ましくない拘束は傾斜支持板132゜13
3によって除かれる。Further undesirable restraint is the inclined support plate 132°13
removed by 3.
この目的の為、上側の傾斜支持板132の下面に、直径
上に設けられた1対の半球形凹部172 、172が設
けられる。For this purpose, a pair of diametrically disposed hemispherical recesses 172 , 172 are provided on the underside of the upper inclined support plate 132 .
これらの凹部が下側の傾斜支持板133の上面に固定さ
れた硬化した玉173,173の位置と合さり、この為
上側の傾斜板が玉173,173を結ぶ線の周りに若干
回転し又は傾くことが出来るようになっている。These recesses align with the positions of the hardened balls 173, 173 fixed to the upper surface of the lower inclined support plate 133, so that the upper inclined plate rotates slightly around the line connecting the balls 173, 173, or It is designed so that it can be tilted.
同様に、下側の傾斜板133の下面に半球形凹部174
,174があり、これらは凹部172,172を結ぶ線
に対して直角をなす直径に沿って隔たっている。Similarly, a hemispherical recess 174 is formed on the lower surface of the lower inclined plate 133.
, 174, which are spaced apart along a diameter perpendicular to the line connecting the recesses 172, 172.
この為、前者が支持板134の上面に固定された硬化し
た玉175175(その1つを第12図に示す)と協働
する。To this end, the former cooperates with hardened balls 175175 (one of which is shown in FIG. 12) fixed to the upper surface of the support plate 134.
第9図に見られるように、支持板134は本体ブロック
74と円錐形鋳物ブロック75との間の一定位置に締付
けられる。As seen in FIG. 9, the support plate 134 is clamped in place between the body block 74 and the conical casting block 75.
更に、要素132,133134に中心開口が設けらへ
軸がその中を通抜けて回転し、且つこの開口を介して軸
受潤滑用のきれいな水が流れることが判る。It is further seen that the elements 132, 133134 are provided with a central opening through which the shaft rotates and through which clean water for bearing lubrication flows.
このようにして傾斜支持板132,133が限られた範
囲内でジンバル装置の要素として作用し、第13図に示
す幾つかのセラミック軸受130の各々の軸受面がセラ
ミック・リング129の平担な環状面に追従出来るよう
にし、然もその追従の精度は、軸受面の間の隔たりがき
れいな水の膜によって精密に保たれるようになっている
。In this way, the inclined support plates 132, 133 act to a limited extent as elements of the gimbal arrangement, with the bearing surface of each of the several ceramic bearings 130 shown in FIG. It is possible to follow the annular surface, and the accuracy of the tracking is precisely maintained by a clean water film in the gap between the bearing surfaces.
第9図及び第11図には、この発明の要素の組立てをし
易くする為に部分125にテーパをっけたことによって
必要となる部品の配置が示されている。9 and 11 illustrate the arrangement of parts required by tapering portion 125 to facilitate assembly of the elements of the invention.
環状要素が半休121.121aに分けて構成され、本
体の鋳物ブロック74にあるねじ孔151に150の所
で螺着したピン又はその他の結合部材120により、所
定位置に保持される。The annular element is constructed in halves 121, 121a and is held in place by a pin or other coupling member 120 threaded at 150 into a threaded hole 151 in the cast block 74 of the body.
要素121,121aは、潤滑用のきれいな水の望まし
くない乱流が起り得る本体の鋳物ブロック74内の空間
の大部分を充たしている。Elements 121, 121a fill most of the space within the body casting block 74 where undesirable turbulence of clean water for lubrication may occur.
大体周囲の壁の形と同形である為、通路122,123
は環状要素121.121aによって一層狭く形成され
ている。Passages 122 and 123 are roughly the same shape as the surrounding walls.
is made narrower by the annular element 121.121a.
ポンプの起動状態では、井戸の熱水の圧力が高い為、主
軸に対して数百ポンドの上向きのスラストが加わる。When the pump is activated, the pressure of the hot water in the well is high, exerting several hundred pounds of upward thrust on the main shaft.
起動サイクルは例えば1分間程度の持続時間しかないけ
れども、起動又は停止状態に存在する逆方向のスラスト
の影響を小さくし又は除かなければならない。Although the activation cycle only lasts for example on the order of one minute, the effect of the reverse thrust present in the activation or deactivation condition must be reduced or eliminated.
この目的の為、第9図の玉軸受装置154が例えばスラ
スト軸受のテーパつき軸部分125と軸部分94にある
ラジアル軸受との間に介在配置される。For this purpose, a ball bearing arrangement 154 according to FIG. 9 is interposed, for example, between the tapered shaft section 125 of the thrust bearing and the radial bearing on the shaft section 94.
第9図では、玉軸受装置154が例えば全体的な装置の
起動又は停止の際のような実際の動作状態にある場合を
示しである。In FIG. 9, the ball bearing assembly 154 is shown in an actual operating state, for example during start-up or shutdown of the entire system.
この状態では、井戸の熱水の圧力が軸を上向きに押上げ
、この為太くなった軸部分94の上面148が保持器1
50の面に押付けられる。In this state, the pressure of the hot water in the well pushes the shaft upward, so that the upper surface 148 of the thickened shaft portion 94 touches the cage 1.
50 faces.
その外レース146が外側の環状保持器145に固定さ
れており、その内レース147は環状のフランジ形保持
器150と一体である。The outer race 146 is fixed to the outer annular retainer 145, and the inner race 147 is integral with an annular flange retainer 150.
この為、玉軸受装置154の玉149がレース146,
147と共に作用して、過渡的な上向きのスラストを吸
収し、軸を大体位置ぎめする。For this reason, the balls 149 of the ball bearing device 154 are connected to the race 146,
147 to absorb the transient upward thrust and generally position the shaft.
装置全体が動作している時、軸は下側の位置にあり、保
持器150は回転しない。When the entire device is in operation, the shaft is in the lower position and the retainer 150 does not rotate.
それと面148との間にはすき間がある。There is a gap between it and surface 148.
通常、起動サイクルはいろいろな場合の玉軸受装置15
4の予想寿命のごく僅かな一部分である。Usually, the start-up cycle is different for ball bearing devices 15
This is a very small portion of the expected lifespan of 4.
装置の回転速度が上昇すると、ポンプの下向きのスラス
トが井戸の熱水の上向きのスラストより大きくなり、軸
に対するスラストの向きが反転する。As the rotational speed of the device increases, the downward thrust of the pump becomes greater than the upward thrust of hot water in the well, reversing the orientation of the thrust relative to the axis.
当業者であれば、この時、軸並びにそれに取付けられた
タービン及びポンプの回転子が下降し、軸部分94の端
面148と保持器150との間の接触が解除され、玉軸
受装置154が離脱する程度の十分な軸方向のすき間が
設けられていることが理解されよう。Those skilled in the art will appreciate that at this time, the shaft and the rotor of the turbine and pump attached thereto are lowered, the contact between the end face 148 of the shaft portion 94 and the retainer 150 is broken, and the ball bearing arrangement 154 is disengaged. It will be appreciated that there is sufficient axial clearance to
この為、通常の動作状態では、軸受154に荷重が加わ
らず、摩擦リング153が内レース147及びリング1
50の付随的な回転を防止するように作用する。Therefore, under normal operating conditions, no load is applied to the bearing 154, and the friction ring 153 is connected to the inner race 147 and the ring 1.
50 acts to prevent incidental rotation.
前に述べたように、第14図に示すような流体静力学ス
ラスト軸受を第9図に示す流体力学スラスト軸受の代り
に用いることが出来る。As previously mentioned, a hydrostatic thrust bearing such as that shown in FIG. 14 may be used in place of the hydrodynamic thrust bearing shown in FIG.
このような流体静力学スラスト軸受は、第9図に示す形
式の1対のラジアル・パッド形軸受と協働するように使
うことが出来る。Such a hydrostatic thrust bearing can be used in conjunction with a pair of radial pad type bearings of the type shown in FIG.
第14図では軸部分58の所にこの1つの軸受だけを示
しである。Only this one bearing is shown at shaft portion 58 in FIG.
第14図の流体静力学スラスト軸受も通路73aを通る
きれいな水によって潤滑され、大体円筒形の空洞152
内に設けられた固定子及び回転子部分で構成される。The hydrostatic thrust bearing of FIG. 14 is also lubricated by clean water passing through passageway 73a and has a generally cylindrical cavity 152.
It consists of a stator and a rotor part installed inside the rotor.
固定子158が例えば0.002吋の幅を持つ小さなす
き間通路160を介して軸部分142を取巻き、回転し
ない本体鋳物ブロック74と圧力が釣合う。A stator 158 encircles the shaft portion 142 through a small clearance passage 160 having a width of, for example, 0.002 inches and balances the pressure with the non-rotating body cast block 74.
実際には回転を阻止されないが、軸受の固定子158と
ブロック74との摩擦の為、固定子158は軸部分14
2と共に回転出来ないようになっている。Although rotation is not actually prevented, due to the friction between the stator 158 of the bearing and the block 74, the stator 158
2 and cannot be rotated.
軸受の回転子159は、蒸気タービンの羽根車のハブ4
9と圧力が平衡しているが、大体ハブ49と一緒に回転
する。The rotor 159 of the bearing is connected to the hub 4 of the impeller of the steam turbine.
Although the pressure is balanced with the hub 49, it rotates roughly together with the hub 49.
固定子158及び回転子159は、軸部分142に対し
て僅かだけ軸方向に移動出来るようになっている。Stator 158 and rotor 159 are allowed to move slightly axially relative to shaft portion 142.
この為、固定子158及び回転子159は、潤滑用の水
の膜141を支持するように、その球形軸受面を自然に
整合させるのに十分な程度だけ、相対的に軸方向に移動
し得る。Thus, the stator 158 and rotor 159 may move axially relative to each other by an amount sufficient to naturally align their spherical bearing surfaces to support the lubricating water film 141. .
この膜の水は通路73aから環状通路162.163,
157゜160 、161を介して供給される。The water in this membrane flows from the passage 73a to the annular passage 162, 163,
157°160, 161.
軸受の固定子158及び回転子159の不整合によって
起る静水圧の不平衡があれば、各部分が整合するように
強制される。Any hydrostatic imbalance caused by misalignment of the bearing stator 158 and rotor 159 forces the parts into alignment.
通路157は、保持器155によって所定位置に保持さ
れた環状の圧力降下用封じ156を含む。Passageway 157 includes an annular pressure drop seal 156 held in place by retainer 155 .
動・作について説明すると、潤滑用の高圧の水が圧力降
下封じ156及び球形軸受面を通って膜141を形成し
、普通は低圧蒸気タービンの排出通路領域56で便宜的
に処分される。In operation, high pressure water for lubrication passes through the pressure drop seal 156 and the spherical bearing surface to form a film 141, which is normally conveniently disposed of in the exhaust passage region 56 of the low pressure steam turbine.
封じ156に接近する潤滑用の水の圧力が例えば140
0psiである場合、その一部分が封じ156の前後の
圧力降下となり、残りの大部分の降下は膜141内の軸
受界面で起る。The pressure of the lubricating water approaching the seal 156 is, for example, 140
At 0 psi, a portion of the pressure drop will be across the seal 156 and most of the remaining drop will occur at the bearing interface within the membrane 141.
軸受15B、159は、部分158.159を分離する
ように作用する球形の膜141の平均実効圧力により、
膜141の選ばれた動作軸受すき間(例えば0.000
5吋)でポンプの下向きのスラストと大体釣合う上向き
の力を発生するように設計される。The bearings 15B, 159 are driven by the average effective pressure of the spherical membrane 141 acting to separate the sections 158, 159.
Selected operating bearing clearance of membrane 141 (e.g. 0.000
5 inches) and is designed to generate an upward force roughly commensurate with the downward thrust of the pump.
この膜の厚さが、変化する荷重条件に合うように変化し
、荷重が低下すると若干増加し、荷重が増加すると若干
低下する。The thickness of this membrane changes to suit changing loading conditions, increasing slightly as the load decreases and decreasing slightly as the load increases.
この作用が得られるのは、封じ156が略一定のインピ
ーダンスを持つからであり、その前後の圧力降下は流量
に比例し、膜141の厚さが変化すると、軸受のインピ
ーダンスが変化する。This effect is achieved because the seal 156 has a substantially constant impedance, the pressure drop across it being proportional to the flow rate, and as the thickness of the membrane 141 changes, the impedance of the bearing changes.
流量が一定の時の球形軸受に於ける圧力降下は膜141
の厚さの立方に反比例する。The pressure drop across the spherical bearing when the flow rate is constant is the membrane 141.
is inversely proportional to the cube of its thickness.
この為、軸受158゜159が定常状態で安定に動作し
ていて、荷重が増加した場合
イ)増大した荷重はスラスト軸受で発生される流体静力
学的な力より大きくなり、軸受のすき間が減少し始め、
口)すき間が減少すると、スラスト軸受のインピーダン
スが増加し、それに応じて封じ156を通る水の流量が
減少し、
ノ9水の流量が減少すると、封じ156の前後の圧力降
下が減少し、軸受の前後の降下が増加し、二)軸受の前
後の圧力が増加した荷重を支持する点に上昇するまで、
軸受から引続いて閉じる。Therefore, if the bearings 158°159 are operating stably in a steady state and the load increases, a) the increased load will be greater than the hydrostatic force generated by the thrust bearing, and the bearing clearance will decrease. As the clearance decreases, the impedance of the thrust bearing increases and the water flow rate through the seal 156 decreases accordingly, and as the water flow rate decreases, the pressure drop across the seal 156 decreases. and the drop across the bearing increases until 2) the pressure across the bearing rises to the point of supporting the increased load;
Closed sequentially from the bearing.
荷重が減少する場合、これと逆のことになり、軸受はす
き間が増加し且つ潤滑用の水の流量が増加した状態で平
衡状態に達する。When the load decreases, the opposite is true and the bearing reaches equilibrium with increased clearance and an increased flow rate of lubricating water.
第15図の装置を説明すれば、第1図乃至第14図の深
井戸装置の目的が、第15図の蒸気タービン260及び
発電機261のように、好ましくは地上に設けられた大
体普通の蒸気タービン及び発電機を用いて、電力出力端
子262に大量の電力を発生する装置の一部分として作
用することであることが理解されよう。To explain the device of FIG. 15, the purpose of the deep well device of FIGS. 1 to 14 is to provide a generally ordinary It will be appreciated that a steam turbine and a generator may be used to act as part of a system that generates a large amount of electrical power at power output terminal 262.
この目的の為、地表に圧送された熱水が管10及びその
延長部(管10a)により、常開弁264を介して普通
のボイラー熱交換器装置265の要素266に供給され
る。For this purpose, hot water pumped to the surface is supplied by pipe 10 and its extension (tube 10a) via a normally open valve 264 to an element 266 of a conventional boiler heat exchanger arrangement 265.
装置265は普通の密閉タンク形であって、その中にあ
る熱交換器要素266.271の間で熱交換をするよう
に設計されている。The device 265 is in the form of a conventional closed tank and is designed to exchange heat between the heat exchanger elements 266, 271 contained therein.
要素266.271は扇形又はコイル状パイプの形であ
ってよく、その金属壁を通じての直接的な熱伝導により
、又は周知のように適当な流体を介在して熱伝導するこ
とにより、熱エネルギを交換する。The elements 266, 271 may be in the form of sector-shaped or coiled pipes and transfer thermal energy by direct heat conduction through their metal walls or by intervening suitable fluids, as is well known. Exchange.
管10aの熱水からの熱が装置265に供給される主な
熱源である。Heat from the hot water in tube 10a is the main heat source supplied to device 265.
この熱水の小さな一部分は、ボイラー熱交換器265で
温度が低下した後、管267を介して常開弁268から
普通の蒸発器269に送られる。A small portion of this hot water, after being reduced in temperature in a boiler heat exchanger 265, is sent via pipe 267 from a normally open valve 268 to a conventional evaporator 269.
弁268は、それを通抜ける流体の圧力を低下させる為
に調節される絞り弁であってよく、蒸発器269に供給
された時、流体が低い温度で容易にフラッシュ蒸発出来
るようにする。Valve 268 may be a throttle valve that is adjusted to reduce the pressure of the fluid passing therethrough, allowing the fluid to easily flash evaporate at a lower temperature when supplied to evaporator 269.
蒸発器269は普通のもので、非凝縮性ガスを取去る作
用をする普通の真空ポンプ270を備えていることは普
通の通りである。Evaporator 269 is conventional and typically includes a conventional vacuum pump 270 which serves to remove non-condensable gases.
蒸発器269がきれいな蒸気を発生し、これが普通の凝
縮器273によって凝縮させられ、給水ポンプ272を
介して接続部274に供給され、きれいな水の供給を追
加する。An evaporator 269 generates clean steam, which is condensed by a conventional condenser 273 and fed to a connection 274 via a water pump 272 to provide an additional supply of clean water.
初めに井戸ケーシング管10の中を上向きに流れた水の
大部分は、管275を介し、管277によって形成され
た井戸に返される。Most of the water that initially flows upwardly through well casing tube 10 is returned via tube 275 to the well formed by tube 277.
この為、管10内の熱水中に溶解して地表に圧送された
溶解鉱物塩の大部分が地中に戻される。For this reason, most of the dissolved mineral salts dissolved in the hot water in the pipe 10 and pumped to the earth's surface are returned to the earth.
管277によって形成された井戸は熱移動装置の井戸か
らかなり遠くにおくことが出来、その数も2つ以上あっ
てよい。The well formed by tube 277 can be located quite far from the well of the heat transfer device, and there may be more than one.
これかもとの熱井戸の水源と異なる地層又は同じ地層に
液体を送込む。This also pumps liquid into a different geological formation or into the same formation as the water source of the original thermal well.
蓄圧器又は可変容量貯蔵タンク185がきれいな水の復
路8に接続された分岐管8aに付は加えられているが、
その目的は後で説明する。Although a pressure accumulator or variable capacity storage tank 185 is added to the branch pipe 8a connected to the clean water return line 8,
Its purpose will be explained later.
第2のエネルギ源がボイラー熱交換器装置186に供給
されるが、これは深井戸タービン5から管9を介して排
出された蒸気である。A second energy source is supplied to the boiler heat exchanger arrangement 186, which is steam discharged from the deep well turbine 5 via pipe 9.
この蒸気は管9a及び常開弁278を通ってボイラー熱
交換器装置186の熱交換器要素187へ流れることが
出来る。This steam can flow through pipe 9a and normally open valve 278 to heat exchanger element 187 of boiler heat exchanger arrangement 186.
要素187は、その中の蒸気が装置186の一番低温側
の端(熱交換器要素188に対する冷たいきれいな水の
入力の近く)で熱交換にかけられる。Element 187 is subjected to heat exchange with the steam therein at the coldest end of device 186 (near the cold clean water input to heat exchanger element 188).
この為、管9及び9aからの排出蒸気が熱交換器186
内で凝縮させられる。Therefore, the exhaust steam from the pipes 9 and 9a is transferred to the heat exchanger 186.
It is condensed within.
こうして得られた復水が管279及び常開弁280を介
して前述の接続部274に供給される。The condensate thus obtained is supplied to the aforementioned connection 274 via a pipe 279 and a normally open valve 280.
管279及び凝縮器273からの水が比較的純粋な状態
で接続部274に達し、その為、深井戸装置の冷水入力
管8へ直接供給することが出来る。Water from pipe 279 and condenser 273 reaches connection 274 in a relatively pure state and can therefore be supplied directly to cold water input pipe 8 of the deep well installation.
分岐管282の弁281が閉じていると、接続部274
の水が普通の供給ポンプ283により、常開弁284及
び管8aを介して管8へ送込まれる。When the valve 281 of the branch pipe 282 is closed, the connection part 274
of water is pumped into line 8 by a conventional feed pump 283 via a normally open valve 284 and line 8a.
弁281を開くことにより、端子297に結合された利
用し得る任意の源から補給の水を供給することが出来る
。By opening valve 281, makeup water can be supplied from any available source coupled to terminal 297.
更に、凝縮器273は、冷却塔(図に示してない)から
の冷たい水を熱交換器273にある熱交換器要素286
に供給すること等により、水冷することが出来ることが
理解されよう。Additionally, condenser 273 transfers cold water from a cooling tower (not shown) to heat exchanger element 286 in heat exchanger 273.
It will be understood that water cooling can be achieved by, for example, supplying water to water.
この代りに、要素273は単に強制空気流によって何箇
所かで冷却することも出来る。Alternatively, element 273 can be cooled at several points simply by forced air flow.
供給ポンプ283は、このポンプと並列に配置した調節
可能な弁305又はその他の周知の手段を使うことによ
り、事実上可変流量ポンプに変えられている。Feed pump 283 is effectively converted into a variable flow pump by using an adjustable valve 305 placed in parallel with the pump or other known means.
この為、きれいな水の復流管8aを通るきれいな水の量
は、夫々管10内の圧送される熱水の圧力並びに温度を
示す表示器180゜181の読みを読取って、弁284
及び305を予め作成した表に従って手動で調節するこ
とにより、最適値に調節することが出来る。For this reason, the amount of clean water passing through the clean water return pipe 8a is determined by reading the readings on the indicators 180 and 181 that indicate the pressure and temperature of the hot water being pumped in the pipes 10, respectively, and checking the valve 284.
and 305 can be adjusted to optimal values by manually adjusting them according to a table prepared in advance.
この調節を行なうのに、希望によってはサーボ装置を用
いてもよい。A servo system may be used to make this adjustment, if desired.
通常のタービン及びポンプの動作中、供給ポンプ283
が、重力の落差を考えて、潤滑用のきれいな水が井戸の
熱水の圧力より数百ポンド/平方吋だけ高い圧力で地下
の蒸気発生器18の入力に達するようにするのに十分な
圧力で、下降用給水管8にきれいな水を送出す。During normal turbine and pump operation, the feed pump 283
but sufficient pressure, taking into account the gravitational head, that the clean water for lubrication reaches the input of the underground steam generator 18 at a pressure several hundred pounds per square inch higher than the pressure of the hot water in the well. Then, clean water is sent to the descending water supply pipe 8.
この時、蓄圧器185が、ポンプ283の為に蒸気発生
器18の入力で起り得る圧力変動を滑らかにするように
作用する。At this time, the pressure accumulator 185 acts to smooth out any pressure fluctuations that may occur at the input of the steam generator 18 due to the pump 283.
第2図の閾値弁15aが第16図に詳しく示されている
が、これは井戸の熱水の圧力より一定の差圧(例えば1
00psi)だけ高い時に開くように設定され、この為
普通は開は放しになっている。The threshold valve 15a of FIG. 2 is shown in detail in FIG.
It is set to open when the pressure is high (00 psi), and for this reason it is normally left open.
第2図及び第16図に示す差圧弁15bは、給水の圧力
と蒸気発生器18に入る水の圧力との間に一定の差を自
動的に保つように予め設定される。The differential pressure valve 15b shown in FIGS. 2 and 16 is preset to automatically maintain a constant difference between the pressure of the feed water and the pressure of the water entering the steam generator 18.
蒸気発生器の入力に供給される水の圧力は、この水が蒸
気発生器18内で蒸発し得るようにする為、井戸の温度
に於ける水の飽和圧力より低くなければならない。The pressure of the water supplied to the input of the steam generator must be less than the saturation pressure of the water at the temperature of the well in order to allow this water to evaporate within the steam generator 18.
適正な動作状態の下では、蒸気発生器の入力の水圧によ
り蒸気発生器18の内部の圧力が決まる。Under proper operating conditions, the water pressure at the input of the steam generator determines the pressure inside the steam generator 18.
更に、蒸気の圧力により、タービンのノズル59を通る
質量流量が決まる。Furthermore, the pressure of the steam determines the mass flow rate through the nozzle 59 of the turbine.
この為、この発明では、供給ポンプ283から管8a、
8に対する出力圧力を変えることにより、給水圧が地表
で制御される。Therefore, in this invention, from the supply pump 283 to the pipe 8a,
By varying the output pressure to 8, the water supply pressure is controlled at the surface.
この制御作業で、深井戸装置の近くに設けなければなら
ないのは1個の簡単な要素だけである。For this control operation, only one simple element has to be installed near the deep well installation.
図から判るように、タービン5の蒸気排出圧力が、その
凝縮温度を調節することによって地表で制御される。As can be seen, the steam discharge pressure of the turbine 5 is controlled at the surface by adjusting its condensing temperature.
この制御により、タービン5内の蒸気の乾きの程度が制
御される。Through this control, the degree of dryness of the steam within the turbine 5 is controlled.
タービン・ポンプ装置は、きれいな水の供給ポンプ28
3の出力圧力を、閾値弁15aは閉じるが、蒸気発生器
18に蓄積されているエネルギが散逸され且つタービン
の回転が止む間、タービンの軸受が潤滑されるようにす
るのに十分な圧力まで下げることにより、停止すること
が出来る。The turbine pump device is a clean water supply pump 28
3 to a pressure sufficient to close the threshold valve 15a, but to ensure that the turbine bearings are lubricated while the energy stored in the steam generator 18 is dissipated and the turbine rotation ceases. It can be stopped by lowering it.
この中間圧力は井戸の熱水の圧力より依然として高く、
タービン・ポンプ装置、特に全ての軸受の内部から、井
戸の汚染された熱水を完全に排除するように、回転装置
を停止する間、連続的に保つことが出来る。This intermediate pressure is still higher than the hot water pressure in the well;
It can be kept continuous during shutdown of the rotating equipment so as to completely eliminate contaminated hot water of the well from inside the turbine pump equipment, especially all bearings.
弁284は逆止弁機構及び普通の流量調節部品を含んで
いてよい。Valve 284 may include a check valve mechanism and conventional flow control components.
供給ポンプ283が故障した場合、この逆流逆止弁が閉
じ、供給ポンプ283を介して流れが失われるのを防止
し、蓄圧器185内の圧力が、閾値弁15aが閉じるレ
ベルまで急速に低下する。In the event of a failure of the feed pump 283, this backflow check valve closes, preventing flow from being lost through the feed pump 283, and the pressure within the accumulator 185 rapidly drops to the level at which the threshold valve 15a closes. .
この為、タービン5は安全に減速して停止し得る。Therefore, the turbine 5 can be safely decelerated and stopped.
然し、蓄圧器185が、停止手順の際、全ての軸受を潤
滑する為にポンプ・タービン装置の軸受が必要とする少
量のきれいな水を引続いて供給する。However, the accumulator 185 continues to supply the small amount of clean water required by the pump-turbine system bearings to lubricate all bearings during the shutdown procedure.
第16図には、調整器15の閾値弁15a及び差圧弁1
5bが詳しく示されている。FIG. 16 shows the threshold valve 15a of the regulator 15 and the differential pressure valve 1.
5b is shown in detail.
前に述べたように、圧力調整装置は普通の要素で構成し
得る。As previously mentioned, the pressure regulating device may be constructed of conventional elements.
これらの要素をきれいな水の入力管14の一体の延長部
の中に封入することが出来、延長部の下側の圧力を、前
に第2図について説明した分配管16に結合する。These elements can be enclosed in an integral extension of the clean water input tube 14, coupling the pressure under the extension to the distribution tube 16 previously described with respect to FIG.
上昇する井戸の熱水の圧力を閾値弁15aに結合する管
21も設ける。A pipe 21 is also provided which couples the rising well hot water pressure to the threshold valve 15a.
閾値弁15aは、隔壁201に設けた環状の円錐形弁座
に坐着し得るアーマチュア弁要素202を利用している
ことが判る。It can be seen that the threshold valve 15a utilizes an armature valve element 202 that can seat in an annular conical valve seat in a septum 201.
案内は、案内部200と、希望によっては制動用に設け
た空洞206内で垂直方向に自由に移動出来る弁棒20
5とによって行なわれる。The guide includes a guide 200 and a valve stem 20 which is free to move vertically in a cavity 206 provided for braking if desired.
5.
弁15aのアーマチュア202がばねベロー203によ
って更に支持されている。Armature 202 of valve 15a is further supported by spring bellows 203.
とのベローはアーマチュア202の底に封着されると共
に、制動要素206を取巻く椀形要素204の頂部に封
着されている。The bellows are sealed to the bottom of the armature 202 and to the top of the bowl-shaped element 204 surrounding the braking element 206.
管21が椀形要素204を支持すると共に、ベロー20
3、椀形要素204及び制動用空洞206内に形成され
た空所に対する入力部となり、この為、上昇する井戸の
熱水に対応する圧力がその中に維持される。A tube 21 supports a bowl-shaped element 204 and a bellows 20
3. Provides an input to the cavity formed in the bowl-shaped element 204 and the damping cavity 206, so that a pressure corresponding to the rising hot water of the well is maintained therein.
閾値弁15aが開いた時、アーマチュア要素202の上
方の圧力が空洞207を介して差圧弁15b内にある第
2のアーマチュア210の頂部に連通ずる。When threshold valve 15a opens, the pressure above armature element 202 communicates via cavity 207 to the top of second armature 210 within differential pressure valve 15b.
アーマチュア210は隔壁209にある円錐形の面に坐
着するように配置されており、隔壁209にある開口に
対し、案内部208、弁棒212及びピストン213に
よって案内されている。Armature 210 is arranged to sit on a conical surface in bulkhead 209 and is guided by guide portion 208, valve stem 212 and piston 213 relative to the opening in bulkhead 209.
ピストン213は、空洞214に適当な制動用流体を用
いると共に、ピストン213の両面の間を小さな孔21
3aで連通させることにより、制動要素として作用し得
る。The piston 213 has a small hole 21 between the opposite sides of the piston 213 with a suitable damping fluid in the cavity 214.
By communicating at 3a, it can act as a braking element.
差圧弁15bの動作は、閾値弁15aと同じく、ばね2
11に適当なばね定数を使うことによって決まる。The operation of the differential pressure valve 15b is the same as that of the threshold value valve 15a.
11 by using an appropriate spring constant.
このばねがアーマチュア210を隔壁209の円錐形弁
座に坐着するように押圧する傾向がある。This spring tends to urge armature 210 to seat against the conical valve seat of septum 209.
この調整装置15の要素が全体的には普通のものであり
、この発明の装置内に於ける動作中のその作用は前に説
明した通りであるから、その動作は当業者に明らかであ
ろう。Its operation will be apparent to those skilled in the art since the elements of this regulating device 15 are generally conventional and their operation during operation within the apparatus of the invention is as previously described. .
ボイラー熱交換器装置265に熱を供給する主な要素を
前に説明した。The main elements that provide heat to the boiler heat exchanger device 265 have been described above.
この熱を取出し、普通のように利用して、地表に設けた
蒸気タービン260を作動する。This heat is extracted and used in the conventional manner to operate a steam turbine 260 located at the surface of the earth.
この目的の為、普通の供給ポンプ288から管289を
介してボイラー−熱交換器265の熱交換器要素271
に液体を供給する。For this purpose, the heat exchanger element 271 of the boiler-heat exchanger 265 is supplied via a pipe 289 from a conventional feed pump 288 to the heat exchanger element 271 of the boiler heat exchanger 265.
supply liquid to.
液体の流れは、要素266内にある装置265への熱の
流れの方向と反対である。The flow of liquid is opposite the direction of heat flow to device 265 within element 266.
液体が蒸発し、その為、高温の蒸気を発生し、それが管
290を介してタービン260の入力段に結合される。The liquid evaporates, thereby generating hot steam, which is coupled via tube 290 to the input stage of turbine 260.
有効な仕事をした後、管291から送出されるタービン
の排出蒸気が普通の凝縮器装置293へ流れる。After doing useful work, the turbine exhaust steam exiting from pipe 291 flows to a conventional condenser device 293.
この装置が熱交換器要素292及び294を持っており
、この後再び液体として管296を介して供給ポンプ2
88へ流れる。This device has heat exchanger elements 292 and 294, after which a feed pump 2 is supplied again as a liquid via a line 296.
Flows to 88.
凝縮器292は冷却塔(図に示してない)から熱交換器
要素294を通る水の流れによって冷却することが出来
る。Condenser 292 may be cooled by water flowing through heat exchanger element 294 from a cooling tower (not shown).
交換器293はこの代りに普通の方法で空冷にしてもよ
い。Exchanger 293 may alternatively be air cooled in the conventional manner.
ボイラー熱交換器265並びに関連した地表にあるルー
プで高温の蒸気を発生する為に水のような流体を使うこ
とが出来るが、その代りに、ランキン・サイクル運転で
使うのに最もよい成る種の有機流体を用いてもよい。Although fluids such as water can be used to generate hot steam in the boiler heat exchanger 265 and associated surface-based loops, alternatively, fluids such as water can be used in Organic fluids may also be used.
再び第15図について説明すると、供給ポンプ288と
凝縮器要素274との間に熱交換器要素188と並列に
可変弁190が設けられている。Referring again to FIG. 15, a variable valve 190 is provided between feed pump 288 and condenser element 274 in parallel with heat exchanger element 188.
弁190は、管9aに於けるタービン排出蒸気の温度に
応答した読みを生ずる温度表示装置189を観察して、
手動で調節することが出来る。Valve 190 observes temperature indicator 189 which produces a reading responsive to the temperature of the turbine exhaust steam in pipe 9a.
It can be adjusted manually.
この代りに、破線191で示した自動サーボ・リンクを
用いてもよい。Alternatively, an automatic servo link, indicated by dashed line 191, may be used.
側路弁190は管9a内の蒸気の温度に応じて連続的に
調節される。The bypass valve 190 is continuously adjusted depending on the temperature of the steam in the pipe 9a.
即ち、管9a内の圧力(地下のタービン5の背圧)は、
タービン5に於ける蒸気の乾燥度を制御するように調節
される。That is, the pressure inside the pipe 9a (back pressure of the underground turbine 5) is
It is adjusted to control the dryness of the steam in the turbine 5.
この所望の制御は、単に凝縮器186の温度を調節する
ことにより、地表で容易に実行出来る。This desired control can easily be achieved at the surface by simply adjusting the temperature of condenser 186.
以上の説明から、この発明の全体的な作用は明らかであ
ろう。From the above description, the overall operation of the invention will be clear.
地熱エネルギ深井戸装置が、地中深い所にある過熱蒸気
発生部分4と、過熱蒸気によって駆動されるタービン部
分5と、熱水ポンプ部分7とで構成され、これら全ては
、比較的大量の溶解材料をも含む惧れがある大量の熱水
が存在する熱水源領域内に配置される。The geothermal energy deep well device is composed of a superheated steam generation section 4 located deep underground, a turbine section 5 driven by the superheated steam, and a hot water pump section 7, all of which are capable of generating a relatively large amount of melted water. It is located within a hot water source region where there is a large amount of hot water that may also contain materials.
地表できれいな蒸気を凝縮させることによって形成され
たきれいな水が蒸気発生部分4に供給されてタービン5
を駆動し、タービン並びにポンプ部分にある軸受にも確
実に供給される。Clean water, formed by condensing clean steam at the earth's surface, is supplied to the steam generation section 4 to generate the turbine 5.
It drives the engine and reliably supplies bearings in the turbine and pump parts.
熱水ポンプ部分7は熱水の圧力レベルを高め、熱水が飽
和圧力より十分高い圧力で地表に達するようにする。The hot water pump section 7 increases the pressure level of the hot water so that it reaches the surface at a pressure well above the saturation pressure.
熱水ポンプに入る井戸水の圧力は、ポンプのキャビテー
ションによる損傷並びにその結果ポンプに起る如何なる
性能の損失をも防ぐ程度に高い。The pressure of the well water entering the hot water pump is high enough to prevent cavitation damage to the pump and any resulting loss of performance to the pump.
一般に、熱水の実際の圧力は、井戸の内部で熱水が流れ
る系統中のあらゆる点で十分なゆとりをもってフラッシ
ュ点より高くなるように保たれる。Generally, the actual pressure of the hot water is kept above the flash point by a sufficient margin at all points in the system through which the hot water flows inside the well.
熱水を常に且つあらゆる場所でそのフラッシュ圧力より
高く保つ時、熱水がフラッシュ状に蒸気になることがな
いから、これがこの発明の成功にとって特に重要な特徴
の1つである。This is one of the features that is particularly important to the success of this invention because when the hot water is kept above its flash pressure at all times and everywhere, it does not flash into steam.
熱水がフラッシュ状に蒸気になるのは、これが装置を実
際に破壊しなくても、混乱させる惧れがあり、少なくと
もフラッシュ現象が起った場所で大量の鉱物質スケール
が沈積するから、防止すべきである。Flashes of hot water into steam can be prevented because this can disrupt, if not actually destroy, the equipment, or at least deposit large amounts of mineral scale in the area where the flash event occurs. Should.
地表にある装置は極めて高温の水から容易に熱を抽出し
、電力を発生し、或いはその他の有用な目的に使われる
。Devices on the surface can easily extract heat from extremely hot water and use it to generate electricity or for other useful purposes.
部分5にある深井戸タービンの駆動に使われた蒸気に残
っているエネルギも地表に送られ、地表にある装置で回
収される。The energy remaining in the steam used to drive the deep well turbine in section 5 is also sent to the surface and recovered by surface-based equipment.
この発明の好ましい実施例を説明したが、ここで用いた
用語は説明の用語であってこの発明を制約する積りでは
なく、この発明の範囲内で種々の変更が出来ることは云
う迄もない。Although preferred embodiments of this invention have been described, the terms used here are descriptive terms and are not intended to limit this invention, and it goes without saying that various changes can be made within the scope of this invention.
第1図は地熱深井戸ポンプ装置の大部分を断面で示した
側面図、第2図は第1図の装置の一部分を断面で示した
詳細な側面図、第3図はこの発明のポンプ駆動用蒸気タ
ービンを含む第1図の装置の一部分を断面で示した詳細
な側面図、第4図は第3図の装置の新規な要素の平面図
、第5図は第4図の線5−5で切った詳細な断面図、第
6図は第3図の装置の一部分を断面で示した展開図、第
7図は第1図の装置の下側部分即ち熱水ポンプ部分の断
面図、第8図は第7図に示した装置の一部分の展開図、
第9図は第3図の装置に使われる流体力学軸受装置の断
面図、第10図は第9図の線10−10で切った断面図
、第11図は第9図の線11−11で切った断面図、第
12図は第9図の軸受装置の一部分を断面で示す分解図
、第13図は第9図の線13−13で切った平面図、第
14図は第9図の装置の代りになる流体静力学軸受装置
の断面図、第15図は第1図の深井戸装置と協働する地
表にある装置の略図、第16図は第1図及び第2図に示
した調整装置の一部分を断面で示す側面図である。
主な符号の説明、9,9a:管、10:井戸ケーシング
管、18:蒸気発生器、44,46:回転子の羽根、5
0 、58 、68 :軸、55:環状リング、60:
彎曲面。Fig. 1 is a side view showing most of the geothermal deep well pump device in cross section, Fig. 2 is a detailed side view showing a part of the device in Fig. 1 in cross section, and Fig. 3 is the pump drive of this invention. 4 is a plan view of novel elements of the apparatus of FIG. 3, and FIG. 5 is taken along line 5-- of FIG. 4. 5 is a detailed cross-sectional view taken at point 5, FIG. 6 is a developed view showing a part of the device shown in FIG. 3 in cross section, and FIG. 7 is a sectional view of the lower part of the device shown in FIG. FIG. 8 is a partially exploded view of the device shown in FIG. 7;
9 is a cross-sectional view of a hydrodynamic bearing device used in the device shown in FIG. 3, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line 10-10 in FIG. 9, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line 11-11 in FIG. 9. 12 is an exploded view showing a section of a part of the bearing device in FIG. 9, FIG. 13 is a plan view taken along line 13-13 in FIG. 9, and FIG. 14 is a diagram in FIG. 9. 15 is a schematic diagram of a surface-based device that cooperates with the deep well device of FIG. 1; FIG. FIG. 3 is a side view showing a part of the adjustment device in cross section. Explanation of main symbols, 9, 9a: pipe, 10: well casing pipe, 18: steam generator, 44, 46: rotor blade, 5
0, 58, 68: shaft, 55: annular ring, 60:
Curved surface.
Claims (1)
する地熱エネルギ交換手段、並びに地熱井戸流体を地熱
エネルギ交換手段とエネルギ交換関係を持つようにして
地表に流れるように常に液体状態で圧送するポンプ手段
を持つ形式の地熱深井戸ポンプ装置に於て、ポンプ手段
を駆動するように軸手段によって結合された回転子手段
と、作業流体を地熱エネルギ交換手段から大体第1の方
向に送出して回転子手段とエネルギ交換をするように流
し、該回転子手段を駆動する環状導管手段と、該環状導
管手段に向い合って回転子手段に設けられ、作業流体の
流れの向きを大体反転する環状作業流体方向転換導管手
段とを有し、回転子手段は軸手段の周りに回転子通路手
段を持っていて、作業流体が回転子手段にエネルギを与
え切った後、方向転換された作業流体が第1の方向と大
体反対の第2の方向に排出流体として前記通路手段を通
れるようにした地熱深井戸ポンプ装置。 2、特許請求の範囲1に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、回転子手段が、軸に装着されたハブ手段とスポ
ーク手段によって互いに隔てて支持されたリム手段とを
含み、こうして軸手段の周りのスポーク手段の間に前記
回転子通路手段を形成した地熱深井戸ポンプ装置。 3 特許請求の範囲2に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、スポーク手段が回転子手段の主平面に対して傾
いた全体的に平面状の幅の広い面を持ち、方向転換され
た作業流体の全体的な流れの方向に対して成る入射角を
形成し、回転子手段の動作速度でそれとのエネルギの出
入りが実質的にないようにした地熱深井戸ポンプ装置。 4 特許請求の範囲2に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、リム手段に複数個のエネルギ抽出用タービン羽
根手段を設けて前記環状導管手段の所で作業流体と熱交
換作用を行なわせ、環状導管手段が作業流体方向ぎめノ
ズル手段を含んでいる地熱深井戸ポンプ装置。 5 特許請求の範囲4に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、軸手段をその中で回転させる軸受手段を支持す
る固定子手段を設け、該固定子手段は協働して前記環状
導管手段並びに作業流体方向転換導管手段の壁を形成し
、複数個のエネルギ抽出用タービン羽根手段に隣接して
固定子手段の前記壁土に複数個の方向転換固定子タービ
ン羽根手段を環状配列で設けた地熱深井戸ポンプ装置。 6 特許請求の範囲1に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、環状作業流体方向転換導管手段の中に複数個の
半径方向の向きの翼手段を設けてその中での作業流体の
回転を少なくシ、環状作業流体方向転換導管手段が全体
的に半トロイダル形であって、回転子通路手段に向って
流れる時の方向転換された作業流体が膨張出来るように
した地熱深井戸ポンプ装置。 7 特許請求の範囲1に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、回転子通路手段を通過した排出流体が、環状導
管手段と共通の第1の壁を持つ排出導管手段を流れる地
熱深井戸ポンプ装置。 8 特許請求の範囲7に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、排出導管手段の中に複数個の半径方向の向きの
翼手段を設けて、排出流体がその中で回転するのを少な
くするようにした地熱深井戸ポンプ装置 9 特許請求の範囲7に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、前記環状導管手段の周りに略対称的に配置され
た地熱井戸流体導管手段を設け、該導管手段がそれと共
通の第2の壁を持っていて、地熱井戸流体がポンプ手段
から地表に向って実質的に妨げられずに流れることが出
来るようにした地熱深井戸ポンプ装置。 10特許請求の範囲9に記載した地熱深井戸ポンプ装置
に於て、作業流体導管手段の中に偏向手段を設けて、作
業流体を第1の共通の壁手段から遠ざけ且つ第2の共通
の壁手段と接近して効率よく、熱エネルギを交換するよ
うに押出し地熱井戸流体は作業流体より高温であって、
該作業流体が排出流体より高温であるようにした地熱深
井戸ポンプ装置。 11 特許請求の範囲10に記載した地熱深井戸ポンプ
装置に於て、偏向手段が、第1又は第2の共通の壁手段
の内の少なくとも一方から垂下する彎曲翼手段で構成さ
れていて、作業流体に回転運動成分を加え、第2の共通
の壁手段に対するその接近度を強め、こうして作業流体
が環状導管手段を通過する際、第1の共通の壁手段と作
業流体との間の熱交換を少なくしながら、第2の共通の
壁手段と作業流体との間の熱交換を改善するようにした
地熱深井戸ポンプ装置。[Scope of Claims] 1. A geothermal energy exchange means provided in an underground geothermal well fluid source to supply a working fluid, and a geothermal well fluid having an energy exchange relationship with the geothermal energy exchange means so as to flow to the surface of the earth. In a geothermal deep well pumping device of the type having a pumping means that always pumps in a liquid state, a rotor means coupled by shaft means to drive the pumping means and a working fluid from the geothermal energy exchange means to the first an annular conduit means disposed in the rotor means opposite the annular conduit means for directing the flow in the direction of the rotor means to exchange energy with the rotor means; and an annular working fluid redirecting conduit means for generally reversing orientation, the rotor means having rotor passage means about the shaft means such that the working fluid changes direction after energizing the rotor means. A geothermal deep well pumping apparatus adapted to allow diverted working fluid to pass through said passageway means as a discharge fluid in a second direction generally opposite to the first direction. 2. In the geothermal deep well pump apparatus according to claim 1, the rotor means includes a hub means mounted on the shaft and a rim means supported by spoke means to be separated from each other, and thus the shaft means A geothermal deep well pump apparatus, wherein said rotor passage means is formed between spoke means around said rotor. 3. In the geothermal deep well pump device according to claim 2, the spoke means has a generally planar wide surface inclined with respect to the main plane of the rotor means, and the direction is changed. A geothermal deep well pumping apparatus having an angle of incidence with respect to the general direction of fluid flow such that there is substantially no energy transfer to or from the rotor means at operating speeds. 4. In the geothermal deep well pump device according to claim 2, the rim means is provided with a plurality of energy extraction turbine blade means to perform heat exchange with the working fluid at the annular conduit means, A geothermal deep well pumping apparatus wherein the annular conduit means includes a working fluid directing nozzle means. 5. In the geothermal deep well pump apparatus as claimed in claim 4, stator means are provided for supporting bearing means for rotating the shaft means therein, the stator means cooperating with said annular conduit means. and a plurality of redirecting stator turbine vane means in an annular arrangement forming the wall of the working fluid redirecting conduit means and adjacent to the plurality of energy extraction turbine vane means in said wall of the stator means. Deep well pump equipment. 6. In the geothermal deep well pump system as claimed in claim 1, a plurality of radially oriented vane means are provided in the annular working fluid diversion conduit means to effect rotation of the working fluid therein. At least one geothermal deep well pump apparatus, wherein the annular working fluid diversion conduit means is generally semi-toroidal to permit expansion of the diverted working fluid as it flows toward the rotor passageway means. 7. In the geothermal deep well pump device according to claim 1, the discharge fluid that has passed through the rotor passage means flows through the discharge conduit means having a first wall common to the annular conduit means. Device. 8. In the geothermal deep well pumping apparatus as claimed in claim 7, a plurality of radially oriented vane means are provided within the discharge conduit means to reduce rotation of the discharge fluid therein. Geothermal deep well pump device 9. In the geothermal deep well pump device according to claim 7, geothermal well fluid conduit means arranged approximately symmetrically around the annular conduit means is provided, and the conduit A geothermal deep well pumping apparatus, wherein the means has a second wall in common therewith, allowing geothermal well fluid to flow substantially unimpeded from the pumping means toward the surface of the earth. 10 In the geothermal deep well pump apparatus of claim 9, deflection means is provided in the working fluid conduit means to direct the working fluid away from the first common wall means and away from the second common wall means. the extruded geothermal well fluid is at a higher temperature than the working fluid so as to efficiently exchange thermal energy in close proximity with the means;
A geothermal deep well pump device in which the working fluid is at a higher temperature than the discharge fluid. 11. In the geothermal deep well pump device according to claim 10, the deflection means is constituted by curved wing means depending from at least one of the first or second common wall means, imparting a rotational motion component to the fluid and increasing its proximity to the second common wall means, thus increasing heat exchange between the first common wall means and the working fluid as it passes through the annular conduit means. A geothermal deep well pumping apparatus adapted to improve heat exchange between a second common wall means and a working fluid while reducing heat exchange.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/487,405 US3938334A (en) | 1974-07-10 | 1974-07-10 | Geothermal energy control system and method |
US488331A US3908380A (en) | 1974-07-15 | 1974-07-15 | Geothermal energy turbine and well system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5117001A JPS5117001A (en) | 1976-02-10 |
JPS5843587B2 true JPS5843587B2 (en) | 1983-09-28 |
Family
ID=27048983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50075771A Expired JPS5843587B2 (en) | 1974-07-10 | 1975-06-23 | Jinetsufukaido Pump Souch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5843587B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63151386U (en) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5438707A (en) * | 1977-09-02 | 1979-03-23 | Nec Corp | Transmission line switching device |
-
1975
- 1975-06-23 JP JP50075771A patent/JPS5843587B2/en not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5438707A (en) * | 1977-09-02 | 1979-03-23 | Nec Corp | Transmission line switching device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63151386U (en) * | 1987-03-27 | 1988-10-05 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS5117001A (en) | 1976-02-10 |
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