JPS5856321Y2 - タ−ビンの蒸気圧力を増大する装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は蒸気タービン動力装置、特に蒸気供給源と駆
動タービンとの間に圧力増大装置を挿入した蒸気タービ
ン動力装置に関するものである。

一般に蒸気動力装置は一つ又はそれ以上のタービン及び
その関連装置の閉ループ配置に動力流体を供給する高圧
高温の蒸気発生器を備えている。

最も基本的は閉ループ配置の一つは高圧力タービンと中
間圧力タービンと低圧力タービンとこの低圧力タービン
に連結した復水器を蒸気発生器に直列に連結したもので
ある。

蒸気発生器で発生した高圧高温の蒸気を各タービンで膨
張させることが出来、これを集めて復水器に戻して液体
にする。

凝縮物を復水器から一連の給水ポンプと給水加熱器に運
んだ後、蒸気発生器に再び導入して閉系統を完成する。

以上説明した素子は電力発生に利用される殆ど総ての蒸
気動力装置に見られるけれども、ボイラ給水ポンプ又は
送風機のような多数の他の関連装置を上に説明した基本
系統に相連結することは良く知られている。

電力を発生する蒸気動力装置は普通蒸気で駆動されるタ
ービンを利用して関連装置を動力源にすることが又良く
知られている。

最も普通の場合は、駆動タービン蒸気供給源を高圧力タ
ービン排気部又は中間タービン排気部から求めるが、駆
動タービンに供給する蒸気源を低圧力タービン内の予定
抽出点に見出すことが出来る。

発電装置全体が計算した最大負荷で運転している時間連
装置の駆動タービンは最大効率になるように一般に設計
される。

蒸気発電装置の全負荷が減少する時、例えば尖頭電力出
力を必要としない期間では駆動タービンへの蒸気供給圧
力が動力装置全負荷の減少に正比例して減少する。

併し関連する装置の動力要求は駆動蒸気供給量の減少に
釣合って減少しないことを見出すのが普通である。

従って比例して大きくなる動力を発生して駆動タービン
への蒸気供給量が減少中の時駆動タービンは関連する装
置に適当に動力を与えるように比例的により大きな動力
を発生することが必要である。

例えば蒸気発電装置に保証した全体の最大負荷の約４０
％では、関連する諸装置の駆動タービンノズルは関連装
置に動力を与えるために充分な蒸気流を通すことが出来
ない。

駆動タービンが只一つの蒸気室を持っている場合、関連
する動力装置の諸装置が駆動タービンに課する動力の増
加要求を満足させるために、従来は駆動タービンの蒸気
供給源をより高い圧力帯域に切換えた。

駆動タービンに供給するのに従来利用されたより高い圧
力帯域は全系統の冷再熱器即ち高電圧高温度の絞り蒸気
を含んでいる。

駆動タービンが双蒸気室を有する場合は、従来選択した
蒸気供給源の何れからの高圧蒸気を高圧蒸気室に入れる
。

併し何れの場合でも高圧蒸気を駆動タービンに導入する
際に著しく絞るが、これはそれに附随して利用出来るエ
ネルギーの損失を生じる。

この考案は駆動タービンとその蒸気供給源との間に圧力
増加装置が配置された蒸気タービン動力装置を明らかに
するものであって、圧力増加装置、通常はエジェクタが
動力流体として予定量の高圧高温蒸気を利用する。

動力流体として高圧蒸気を使用する圧力増加装置は供給
蒸気流の所望圧力レベルを保つように駆動タービン供給
蒸気の圧力を増加する。

この考案の目的は駆動タービンとその蒸気供給源との間
に圧力増加装置が配置された蒸気タービン動力装置を提
供することである。

別の目的は駆動タービン蒸気供給源から抽出した蒸気の
圧力を増加して駆動タービン供給蒸気流の所望圧力レベ
ルを保つように、動力装置全体の内から高圧力エネルギ
ーを利用する圧力増加装置を提供することである。

この考案は添付図面に例示する実施例に関する以下の詳
細説明から一層よく理解されるであろつ。

以下の説明では総ての図面で同様な符号が同様な素子を
示すものとする。

次に第１図に就いて説明すると、圧力増加装置１２を有
する化石燃料蒸気タービン動力装置１０が略本されてい
る。

動力装置１０は一般に蒸気発生器１４を備えているが、
これは普通化石燃料ボイラであって、動力装置１０の高
圧高温動力流体を造る。

高圧力タービン１６と中間圧力タービン１８と低圧力タ
ービン２０が蒸気発生器１４と直列に連結され、復水器
２２はタービン１６．１８及び２０の各々で膨張した動
力流体を集めて蒸気発生器１４に戻し、以て閉ループを
完成する。

蒸気流は蒸気発生器１４を去り、矢印２４で示すように
、高圧力タービン１６の入口２６に導入される。

蒸気流は高圧力タービン１６の静止翼と回転翼の交互配
置の列２８の所で膨張し、この膨張後、蒸気は高圧力タ
ービン１６から排出され、再熱器３０に導入され、そこ
から中間圧力タービン１８の入口３２に進入する。

蒸気流を矢印３４で示す。蒸気は中間圧力タービン１８
内の交互配置の回転翼列と静翼列の間で膨張することが
出来る。

膨）張した蒸気は中間圧力タービン１８の排気路３８か
ら排出される。

双再熱性能を有する場合は半膨張した蒸気をこの点で第
二再熱器（図示しない）に導くことが出来、それから低
圧力タービン２０の入口４０に導入する。

併し、より典型的な場合は矢印４４で示すように、低圧
力タービン２０の入口４０に蒸気を直接通す。

蒸気は低圧力タービン２０内の交互配置の回転翼列と静
翼列を通って膨張し、集められ、復水器２２内の液体に
戻る。

高圧力タービン１６と中間圧力タービン１８と低圧力タ
ービン２０とで膨張した蒸気はこの蒸気で運ばれるエネ
ルギーを機械的回転エネルギーに変換し、この回転エネ
ルギーを共通軸４８で発電機５０に伝える。

発電機５０は関連する電気負荷５２に電気エネルギーを
供給する。

復水器２２で集めた凝縮物を蒸気発生器１４に再び導入
し、従って矢印５４で示すように、閉ループの蒸気ター
ビン発電装置を完成する。

復水器２２と蒸気発生器１４との間に一連の給水加熱器
５６を介在させるのが普通である。

給水加熱器系統にボイラ給水ポンプ５８を組合わせる。

図面は一つの給水加熱器５６と一つのボイラ給水ポンプ
５８を示すけれども、給水加熱器と給水ポンプを任意所
望個数だけ復水器２２と蒸気発生器１４との間に介在さ
せ得ることを理解しなければならない。

ボイラ給水ポンプ５８は、駆動タービン蒸気供給源１４
と関連するタービン装置との間に配置した駆動タービン
６０からその動力源を取出す。

図面では駆動タービン６０の蒸気供給源は中間圧力ター
ビン排気路３８である。

ボイラ給水ポンプタービンが第１図に示す凝縮型駆動装
置であるならば、中間圧力タービン排出路３８から取出
した蒸気は駆動タービン６０も最も普通の蒸気供給源で
ある。

併し、駆動タービンの蒸気供給源は従来から知られてい
る。

例えば、ボイラ給水ポンプタービン６０に非凝縮型駆動
装置を使用するならば、蒸気の共通源が再熱器３０の前
に在る高圧力タービン１６の排出部に見出される。

か・る蒸気供給取出口６２で示す。

非凝縮型駆動タービンは、勿論入口圧力より低いが、復
水器圧力より高い中間圧力レベルまでの中間圧力状態に
動力蒸気を人口圧力状態から膨張させるものである。

他方凝縮型駆動タービンは入口圧力から復水器圧力まで
蒸気を膨張させる。

ボイラ給水ポンプ５８の外に他の関連する装置を化石燃
料蒸気タービン動力装置１０に含ませることが出来る。

これら他の関連装置例えば送風機は明確にするために図
示されていないが、か・る関連素子が駆動タービン６０
に類似する駆動タービンを利用してその動力源とするも
のであるならば、これらはこの考案の意図する範囲に在
ることを理解しなければならない。

供給タービン蒸気供給源から導出した蒸気は駆動タービ
ン６０で膨張して駆動タービンに連結した関連タービン
装置の駆動に要する動力を供する。

この場合軸６４で駆動タービン６０に連結した関連ター
ビン装置はボイラ給水ポンプ５８である。

動力装置１０が、計算した最大出力を電気負荷５２に供
給している期間では駆動タービン６０を最大効率で運転
するのが従来の標準のプラクチスである。

しかし全動力装置１０の計算した最大負荷が減少すると
、駆動タービンへの蒸気供給圧力は計算した最大負荷の
減少に正比例して減少する。

関連タービン装置、この場合ボイラ給水ポンプ５８の要
求は駆動タービン６０と供給する蒸気の圧力程遠かに減
少しないから、駆動タービン６０は駆動タービン蒸気供
給源、この場合中間圧力タービン排出路３８から得られ
る蒸気だけを利用する時発生し得るものより多量の動力
をボイラ給水ポンプ５８の供給することが必要である。

従来技術は、単一蒸気室型駆動タービンの場合における
この問題を解決するのに、蒸気供給源を動力装置内で中
間圧力タービン排出路又は低圧力抽出点から高圧力帯域
に切換える。

か・る高出力帯域の例は高圧力タービンの絞りである。

駆動タービンが二つの蒸気室を有する場合は、低圧蒸気
供給の問題を解決する従来の方法は駆動タービン蒸気供
給源から取出した低圧蒸気を入れると同時に、選択した
何れかの蒸気供給源からの高圧蒸気を駆動タービンの高
圧蒸気室に入れることである。

併し何れの場合でも、高圧力蒸気を駆動タービン６０に
導入する時著しく絞るから、蒸気が運ぶ利用出来るエネ
ルギーを放出する。

この考案は駆動タービン蒸気供給源である中間圧力ター
ビン排出路３８と駆動タービン６０の入口６６との間に
配置した圧力増加装置１２を持っている。

エジェクタのような圧力増加装置１２は６８で示す絞り
上の取出口のような高圧力蒸気源から取出した予定量の
高圧力高温度蒸気を利用して圧力増加装置１２の動力流
体として役立せる。

中間圧力タービン排出路３８から取出したこの蒸気は圧
力増加装置１２に流入する。

この供給蒸気流を矢印７０で示す。

これと同時に高圧力絞り上の取出口６８からの蒸気を又
圧力増加装置１２に入れるが、この流れを７２で示す。

初めに述べたように、駆動タービン６０が非凝縮型駆動
装置である場合は、取出口６２で示すように、再熱器３
０の直前で高圧力タービン１６の排出部から供給蒸気を
引出す。

この場合取出口６２から引出した蒸気を圧力増加装置１
２に入れる。

この流れを矢印７４で示す。圧力増加装置１２は中間圧
力タービンの排出路３８から引出した駆動タービン供給
蒸気の圧力を増加するから、全動力装置１０が計算した
最大負荷の予定部分で運転している期間、ボイラ給水ポ
ンプ５８のような関連タービン装置が駆動タービン６０
に課する動力要求を満足するのに足りる蒸気圧力の流れ
が駆動タービン６０を通る。

適当な制御装置（図示しない）が圧力増加装置１２の始
動を調節する。

要約すると、動力装置１０が計算した最大負荷の予定部
分未満例えば４０％負荷で運転している時、中間圧力タ
ービン排出路３８から抽出した駆動タービン供給蒸気圧
力は駆動タービン６０に課せられる動力要求を満足する
のに不充分である。

この時タービン制御装置（図示しない）が圧力増加装置
１２を始動して圧力を増加する。

圧力増加装置１２は絞り上の取出口６８から抽出した高
圧力蒸気の一部分をその動力流体に利用して駆動タービ
ン６０に供給する蒸気の圧力を増加する。

従来は高圧力蒸気“を直接駆動タービンに導入したが、
これは著しく絞る必要があり、これに対照して利用出来
る圧力エネルギーの損失を招来した。

この考案を利用する動力装置は圧力増加装置１２の動力
流体として利用させるのに必要な高圧力エネルギーの予
定部分だけを利用することで全装置の効率を増加させる
ことが出来、従って従来は浪費した高圧力エネルギーの
残余を動力装置１０内のタービン１６．１８及び２０に
通すことが許される。

高圧高温蒸気の増加した量を動力装置１０に流すことが
出来る場合、動力装置１０の効率は従来得ることが出来
た効率以上に増加する。

動力流体は駆動タービン６０で膨張した後、矢印７６で
示すように復水器２２に排出される。

しがし、はじめに述べたように、駆動タービン６０が非
凝縮型駆動タービンである場合は、高圧力タービン１６
の排出部から取出口６２を経て抽出した蒸気を駆動ター
ビン６０から低圧力タービン２０の入口４０に送出す。

この流れを矢印７８で示す。第２図に就いて説明すれば
、動力装置１０Ａが原子力発電装置である場合は、第１
図で説明した動力装置を若干変型して、原子力発電装置
１０Ａは普通原子力蒸気発生器である蒸気発生器１４Ａ
がら蒸気を抽出する。

この蒸気発生器は高圧力タービン１６Ａ、低圧力タービ
ン２０Ａ及び復水器２２Ａに直列に連結され、高圧力タ
ービン１６Ａと低圧力タービン２０Ａとの間に水分分離
、再熱兼用器３０Ａを配置する。

復水器２２Ａと蒸気発生器１４Ａとの間に少なくとも一
つの給水加熱器５６Ａと少なくとも一つのボイラ給水ポ
ンプ５８Ａを配置する。

蒸気発生器１４Ａからの高温度の乾燥した飽和蒸気流が
矢印２４Ａで示すように、高圧力タービン１６Ａに入り
、そこで膨張した後蒸気は水分分離再熱兼用器３０Ａに
、それから低圧力タービン２０Ａに排出される。

この流れを矢印３４Ａで示す。蒸気は低圧力タービン２
０Ａで膨張した後、復水器２２Ａで液体に戻り、それか
ら矢印５４Ａで示すように、ボイラ給水ポンプ５８Ａ及
び給水加熱器５６Ａを経て蒸気発生器１４Ａに流入して
閉ループを完成する。

第１図に示す化石燃料動力装置のように、ボイラ給水ポ
ンプ５８Ａはその動力を駆動タービン６０Ａから軸６４
Ａを通じて受ける。

原子力蒸気動力装置１０Ａは駆動タービンが蒸気取出口
８０で示すように水分分離−再熱兼用器３０Ａの吐出口
がら蒸気の供給を受ける。

第１図に示す化石燃料動力装置と同様に、動力装置１０
Ａの全体が電気負荷４８に計算した最大出力を供給して
いる期間では駆動タービン６０Ａを最大効率で運転する
のが普通である。

しがし全動力装置１０Ａの計算した最大出力が減少する
と、駆動タービン６０Ａに供給する蒸気圧力が計算した
最大出力の減少に正比例して減少する。

駆動タービン６０Ａに組合うボイラ給水ポンプ５８Ａの
要求は水分分離−再熱兼用器３０Ａの吐出部から駆動タ
ービン６０Ａに供給中の蒸気の圧力程遠かに減少しない
から、駆動タービン６０Ａは取出口８０が１ら供給する
蒸気で発生し取る動力よりも多量の動力をボイラ給水ポ
ンプに供給しなければならない 従来の原子力発電では化石燃料発電で示唆するのと同様
な方法でこの問題を解決しようとした。

′即ち高圧力タービン１６Ａの絞りがら蒸気を駆動ター
ビンに供給するのであるが、この蒸気は著しく絞られ、
利用出来るエネルギーが非尖頭期間に駆動タービン６０
Ａを駆動するために消費される。

この考案は駆動タービン６０Ａとこのタービンの蒸気源
である取出口８０との間に圧力増加装置１２を配置する
ことを教えている。

水分分離−再熱兼用器３０Ａの排出部から取出口８０を
経て取出された蒸気を矢印８２で示すように、圧力増加
装置１２に入れる。

これと同時に、第１図の場合と同様に絞り上の取出口６
８Ａからの高圧力蒸気を矢印７２Ａで示すように、圧力
増加装置１２に入れる。

圧力増加装置１２は動力流体として取出口６８Ａからの
高圧蒸気の一部分を利用して取出口８０がら駆動タービ
ン６０Ａに供給する蒸気の圧力を増加する。

圧力増加装置１２からの蒸気流は、駆動タービン入口６
．６Ａに入る。

この考案を利用する原子力発電装置は圧力増加装置１２
の動力流体として作用するに必要とする取出口６８Ａが
らの高圧力エネルギー即ち高圧高温蒸気の予定部分だけ
を利用することでその総合効率を増加することが出来、
従って従来浪費した高圧力エネルギーの残余を高圧力タ
ービン１６Ａ及び低圧力タービン２０Ａに入れることが
出来る。

原子力蒸気動力装置１０Ａを貫流することが許される高
圧高温の蒸気の量を増加すると、動力装置１０Ａの効率
を従来の動力装置で達威し得る効率以上に増加すること
が出来る。

蒸気は駆動タービン６０Ａで膨張した後、矢印７６Ａで
示すように復水器２２Ａに排出される。

次に第３図に就いて説明すると、第１図の化石燃料動力
装置ならびに第２図の原子力発電装置の両方に利用され
る圧力増加装置１２の立面図を示す。

圧力増加装置１２は入力９２と出口９４を有するエジェ
クタ９０を備えている。

圧力増加装置１２はエジェクタであるけれども、流体の
圧力レベルを上昇させる任意の装置がこの考案の意図す
る範囲内に在ることを理解しなければならない。

エジェクタ８０の入口９２を駆動タービン蒸気供給源に
連続する。

この供給源が化石燃料動力装置（第１図）では中間圧力
タービン排出路、又は第２図の原子力発電装置では水分
分離再熱兼用器３０Ａの排出部である。

エジェクタ９０の出口９４を第１図及び第２図に示す駆
動タービン６０及び６０Ａの人口６６及び６６Ａに夫々
連結する。

エジェクタ９０はその内部に超音波ノズル９６を配置し
、このノズル９６は、第１図に６８、第２図に６８Ａで
夫々示す絞り上の取出口のような高圧力蒸気タービン蒸
気供給源の取入口９８を通して連結する。

絞り上の取出口６８又は６８Ａから取出した高圧力蒸気
の予定量を圧力増加装置１２の動力流体として利用する
。

駆動タービン蒸気供給源からエジェクタ９０に入る蒸気
は第３図にＰＩＮで示す入口圧力とＶＩＮで示す速度を
持っている。

超音波ノズル９６の入口９８に入る蒸気は圧力ＰＩＮよ
り高い圧力Ｐ ＭＯＴＩＶＥを持っている。

高圧力にされたエジェクタの動力流体は超音波ノズル９
６を通過し、エジェクタ９０内に配置した混合管１０２
により造られる混合室１００に導入される。

超音波ノズル９６を通過した後混合室１００に導入され
た蒸気は超音波ノズル９６の性質で高い入口圧力ＰＭＯ
ＴＩＶＥから低い圧力で速度が増加したものに変換され
る。

混合室内の高速度動力流体はエジェクタ９０内の混合室
１００を通過する供給蒸気と混合し、その速度を増加す
る。

高速動力流体を低速度の駆動タービン蒸気と混合室１０
０内で混合する結果は速度ＶＩＮより大きい速度■１を
有して駆動タービンに供給される蒸気を造ることである
。

速度■１で移動する駆動タービン供給蒸気はエジェクタ
９０内でその出口附近に位置するテ゛イフユーザ１０４
を通過する。

テ゛イフユーザ１０４は速度■１を有する駆動タービン
供給蒸気を変えて速度ＶＯＵＴ及び圧力Ｐ。

ＵＴでエジェクタ９０を出る。駆動タービン供給蒸気が
エジェクタ９０を通過した正味の効果は駆動タービン供
給蒸気の圧力を値ＰＩＮからＰＯＵＴに増加することで
ある。

ノズル９６と混合室１００とディフューザ１０４の寸法
を適当に設計することで、駆動タービン供給蒸気が五ジ
エクタ９０を出る時の圧力Ｐ。

Ｕ□は駆動タービンに供給するのに必要な所要圧力であ
り、従ってボイラ給水ポンプが課する動力要求を満足さ
せることが出来る。

従ってこの考案に係る圧力増加装置１２を利用する化石
燃料動力装置１０又は原子力動力装置１０Ａは予定圧力
レベルで蒸気を駆動タービンに供給し得ることが認めら
れる。

又この考案を利用すると、圧力増加装置１２が利用する
高圧力蒸気部分だけが動力装置を通過しないようになる
から、この考案を利用する動力装置の効率が大きくなる
ことが認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案が教える位置に圧力増加装置を配置し
た化石燃料動力装置の略図、第２図はこの考案が教える
位置に圧力増加装置を配置した原子力動力装置の略図、
第３図はこの考案で利用される圧力増加装置を全部断面
で示す立面図である。 図において、１４，１４Ａ・・・蒸気源、１６，１６
Ａ・・・・・・主タービン、６０．６０ Ａ・・・・・
・補助駆動タービン、５８，５８Ａ・・・・・・関連装
置（ボイラ給水ポンプ）、１２・・・・・・圧力増大装
置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 蒸気源からの蒸気により作動される少なくとも一つの主
   タービンと、関連装置が連結されて上記関連装置を駆動
   するようにし、上記主タービンからの低圧排出蒸気及び
   又は上記蒸気源からの蒸気により作動される補助駆動タ
   ービンと、上記蒸気源が比較的高圧の蒸気を供給してい
   るとき、上記低圧の排出蒸気の圧力を増加するように上
   記蒸気源からの蒸気により作動する圧力増加装置とを備
   えている、負荷にエネルギーを供給する蒸気タービン動
   力装置。