JPS6123625Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は低圧タービンの車室構造に係り、特に
大流量低圧ガスにより駆動される低圧タービンに
おいて、作動流体の流量および圧力などの入力条
件の如何なる変化にも対応して、常に最大出力と
最大効率とを得るタービン車室の構造に関する。

従来、低圧タービン特に大流量低圧回収タービ
ンにおいては、作動流量および圧力の変化幅に対
して自由度が極めて少なく、設計点において最高
効率が得られるのみで、流量・圧力の大幅な変化
に対しては対応できず半固定的的な面があつた。
例えば単段式の副流タービンにおいて、設計点の
最適条件の圧力・流量が、必ずしも得られないよ
うな場合がしばしば発生する。殊に高炉エネルギ
回収タービンにおいては、高炉操業の多様性によ
り高炉操業条件が一義的に決定されると、タービ
ン側は半固定的な部分負荷特性領域でしか運転が
期待できない。このために最高効率や最大出力点
でエネルギ回収ができ難い点があつた。

本考案は上記従来の低圧タービンにおける欠
点・問題点を解決して、入力条件の変化、例えば
高炉操業における炉頂圧制御、送風量の変化など
の操業条件の変化に対してタービン側でも充分対
応できるように、タービン車室容積の調整を可能
な機構にして、常に調速弁を全開にして高炉ガス
発生量の全量を呑み込み、最高効率で運転できる
ようにした車室構造の低圧タービンを提供するも
のである。

本考案は低圧ガスタービンの車室空間の少なく
とも一方に前進後退が可能な可動壁を設け、可動
壁の背面側車室には入口側ガス導入管の上流部に
接続し均圧開閉弁を備えたバイパス管と、可動壁
の摺動面へのダスト附着防止、摩擦力低減の潤滑
剤としてのシール水の噴射手段とが設置され、ま
た可動壁背面側車室と排気ガス側とを接続し排水
兼用の圧力調整弁や、車室と可動壁背面側車室を
結ぶ車室均圧弁をそれぞれ備えた複数個のバイパ
ス管を設け、且つ可動壁を前進後退移動させる流
体シリンダー或はスクリユーネジ等の駆動機構
で、位置（ストローク）ロツク手段および位置検
出手段とを有する駆動手段の複数個を設置して構
成された、車室容積可変装置を備えた低圧タービ
ンである。

以下本考案の低圧タービンの車室構造について
詳細に説明する。

低圧エネルギ回収タービンにおいては、作動流
体の圧力損失防止は特に肝要であり、出力損失と
効率に影響するところ大である。例えば高炉排ガ
スタービンにおいては、排出ガスのほぼ全量をタ
ービンへ流入させエネルギ回収効率を上昇させる
ことが重要であると共に、タービンガバナで炉頂
圧制御をする前圧制御を行なうことが常識化して
普及している。しかし乍ら、高炉操業は種々の事
情により多様性に富み、設計製作時の設計点と大
幅に相違した運転をせざるを得ない事情がしばし
ば発生する。このような状況でのタービン運転
は、出力低下と効率の悪い部分負荷での運転とな
ることは避けられない。

本考案は、高炉操業の多様性にも充分整合し、
タービン効率の常に高い運転が可能な車室容積可
変装置を設けたタービンを提供するものである。

一般に炉頂圧制御を行なう場合のタービン入口
圧力は、タービン車室内圧力とタービン羽根自体
の減圧機能による圧力降下および排気圧力との和
が常に等しいが、車室内入口の膨脹や速度水頭に
変換せられて静圧が降下するので、炉頂圧制御の
設定値に保持させるため、調速弁が自動的に不完
全開度で運転せざるを得ないことがしばしば発生
する。このような場合には、調速弁の圧力損失や
ダスト附着による出力低下を招くことになるの
で、調速弁は常に全開で運転することが肝要で、
前圧制御時にだけ調速弁を応動させた方が良好な
タービン運転であり、エネルギ回収率を向上させ
ることになる。

このようなことから、タービン車室内での膨脹
による圧力降下の防止や静圧保持のために車室容
積を可変させることは、タービンへ圧力ガスの全
流量を呑み込ませることや調速弁の全開運転を可
能とすることになる。また、複数の高炉群を連結
させてエネルギ回収をする場合には、各高炉毎に
単独に該回収設備を設備する事は、きわめて不経
済であるばかりでなく、通常タービン設計上、最
大値或は中間値等で計画されるので、出力や効率
は設計点と大幅に下廻つた運転を甘受しなければ
ならない。

このような不都合に対して、本考案は自由度や
整合性に富み充分対応出来るものである。又、人
口条件の極端な変更時には、他の適合する予備羽
根車のみを交換し車室容積を最適可変する丈けで
容易に対処出来、常に最高効率や最大出力でター
ビン運転が出来ることになる。

第２図は出力−流量−効率の関係を示す線図の
一例である。尚Pa，Pb，ηａ，ηｂはそれぞれ
本考案と従来型との出力及び効率を示すグラフ
で、P.uは定格点を1.0として表わしたものであ
る。図面は高炉操業とタービン設計仕様の不一致
の場合を示し、本考案の車室容積可変型の例で
は、従来型と比較して効率が常に0.1P.u程度向上
することが期待できることを示している。

次に本考案の構成の詳細を好適実施例を示す図
面を参照して説明する。

第１図は本考案のタービン車室およびその関連
図を示す。高炉排ガスは導入管を通り危急遮断弁
２、調速弁３を経てタービン車室１へ流入する。
他方調速弁３の前後に、入口側ガス導入管と可動
壁背面側車室とを接続するバイパス配管に設けら
れた均圧開閉弁６ａ，６ｂを通つたガスは、可動
壁４の背面に入り可動壁４をタービン翼８側に移
動させる力が作用するが、車室内のガス圧により
圧力均衝して静止し、可変駆動手段５により高炉
操業の流量−圧力により決定される最適最大出力
点で運転ができるような車室容積となる位置で可
動壁４を静止ロツクさせる。本例では可変駆動手
段５は流体シリンダ機構により駆動され前進後退
が自在であつて、車室側面の円周に複数個所配設
され可動壁４を動かす駆動力となる。なおシリン
ダ操作圧力はそれ程大きな力を必要とせず、可動
壁４の摺動面の摩擦力やダスト付着力に抗するピ
ストン力であればよい。この車室容積可変駆動手
段５には位置決めロツク手段や位置検出手段が附
設されていて、タービン運転中でも自由に可動壁
４を移動して車室幅が可変できるようになつてい
る。また可動壁４の摺動面のダスト付着防止や摩
擦力低減の潤滑剤としてシール水を常時噴射する
ので、摺動面は洗滌され円滑に摺動させることが
できる。なお可動壁４の最大ストロークはコーン
部７ａのストツパー７ｂにより制限するようにな
つている。可動壁４はタービン入口側では車室幅
を広くし、順次狭まつてゆく形状にして所謂渦流
型車室と同様な渦流理論に沿つた形状となつてい
る。このように車室容積を可変とすることによつ
て、車室内圧力を調節し調速弁３の開度を全開と
しタービン効率を最適にすることが出来る。

次に本考案におけるタービンへの入力条件の変
化即ちガス流量、圧力が変化した時、可変駆動手
段５を駆動させて車室容積を調整する手段につい
て説明する。

高炉送風量と炉頂圧は高炉操業条件によつて決
まり、車室の最適容積はタービン出力が最大点に
なる所が最適車室容積点であり、可変駆動手段５
の位置（ストローク）である。これはタービン車
室内圧Ｐ_C（動圧も考慮するが）より可動壁４の
背圧（内圧）Ｐ_Bが常に高いので、この差圧によ
り可動壁４はタービンの方向に移動しようとして
いるので、これを最適設定差圧となるように複数
の車室均圧調整弁１０および圧力調整弁９を開閉
して可動壁４の位置を決定するようにする。即ち
車室内圧Ｐ_Cと可動壁背圧Ｐ_Bとが常に最適差圧を
示すように制御すると、その差圧分により可動壁
４が移動して最適車室容積点に達す。勿論差圧偏
差や急激な圧力変動により、不均衡分の差圧が生
じるので可動壁４には或る一定限度で放出する過
大差圧逃し弁１１が数個付属してあり、更に可変
駆動手段５のダシユポツト効果等により緩衝され
同時に不均衡分力をこれによつて保持させる。し
かし原則的には流量・圧力変動の急激な場合は余
り応動しないようにするのが、可動壁４や駆動手
段５の摩耗劣化の防止のため得策である。

上記のように停止時は可変駆動手段５により可
動壁４を前後に移動させることが出来、運転中は
タービン車室内圧Ｐ_Cと可動壁背面圧Ｐ_Bをある一
定差圧に保持するように制御することにより、可
動壁４を静止させ更に可変駆動手段５で差圧分力
を保持させて、ピストン力で移動させることが出
来る。なお可変駆動手段５は電気ガバナー制御信
号の一定比率分や上記の差圧信号により、シリン
ダ機構のピストンを制御することも当然可能であ
る。そして可変駆動手段５の駆動はシリンダ機構
のピストン制御装置により動作するようにする。

尚上述の実施例は副流タービン方式の場合であ
るが、単一流れの圧力流体回転機器の車室付近に
設置して同様の効果を期待することが出来る。

本考案の可動壁により車室容積を可変とした低
圧タービンの車室構造には下記のような特徴があ
る。

(1) 高炉操業の多様性による作動流体流量、流体
圧力の多様性に合致したタービンの運転が常に
期待できる。

(2) タービンの運転が常に最高効率で使用できる
ようにタービン車室容積を変化させて、入口圧
力、流量の変化条件に対応することが出来る。

(3) 車室容積が可変であるため、入力条件の変化
にかかわらず、調速弁・圧力調整弁が常に全開
で運転が出来、車室入口での膨脹による圧力降
下が適正に保持できるので、高効率の運用と前
圧制御が容易となり、低圧のエネルギ回収ター
ビンには最も好適な方式である。

(4) タービン運転中でも車室幅即ち車室容積が可
変できるので、上記の効果の追求が可能であ
り、可変駆動手段は可動壁内外の差圧分を支持
し更に流体ピストン（或はスクリユーネジとウ
オームギヤー）機構により移動固定させうる車
室容積可変装置を有する低圧タービンである。

【図面の簡単な説明】

第１図は車室容積を調整する可動壁の実施例の
説明図、第２図は出力−流量−効率の関係を示し
た線図である。 １……タービン車室、２……危急遮断弁、３…
…調速弁、４……可動壁、５……可変駆動手段、
６ａ，６ｂ……均圧開閉弁、７ａ……コーン、７
ｂ……コーン部ストツパー、８……タービン翼
車、９……圧力調整弁、１０……車室均圧開閉
弁、１１……過大差圧逃し弁、１２……軸受。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 低圧タービンにおける車室空間の少なくとも一
   方に前進後退の可能な可動壁を設け；該可動壁背
   面側車室に、ガス導入管の上流に接続し均圧開閉
   弁を備えたバイパス配管と、車室および排気側に
   それぞれ接続しかつ車室均圧開閉弁および圧力調
   整弁を備えた複数個のバイパス配管とを設置し；
   前記可動壁を駆動しかつ位置ロツク手段および位
   置検出手段を備えた可変駆動手段の複数個を設置
   して構成された車室容積可変装置を備えたことを
   特徴とする低圧タービンの車室構造。