JPS62157206A - 蒸気タ−ビンの水分排除装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子力タービンや火力タービン、地熱タービ
ンなどの蒸気タービンに係り、特に湿り蒸気域における
蒸気タービンの運転性能を改善した蒸気タービンの水分
排除装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に大型の蒸気タービンにおいては、与えられた蒸気
条件のもとて最大限の機械的仕事を取り出すために復水
器を設け、蒸気タービン出口の蒸気圧力を真空に近い圧
力にまで下げることが多く行なわれる。このため、高い
入口蒸気温度を有する火力タービンにおいても、その低
圧部出口付近のタービン段落は湿り蒸気中で運転される
ことが多い。また入口蒸気温度が比較的低い原子力ター
ビンや地熱タービンにおいては大部分のタービン段落が
湿り蒸気中で作動される。

蒸気タービンのタービン段落が湿り蒸気中で運転される
と、しばしば水滴の衝突によって動翼が浸食され、この
浸食が著しくなるとタービンの信頼性を低下させること
になる。また、水滴が動翼の背面に衝突するなどのさま
ざまな要因によりタービン出力の減少を招き、タービン
効率も低下する。このため、蒸気タービンはタービン段
落内の水分を極力蒸気通路外部へ排除することが望まし
く、この水分排除のために従来から各種の水分排除装置
が開発されている。

蒸気タービンの水分排除装置には特公昭４９−９５２２
号公報に記載されたように、蒸気タービンの静翼内部を
中空とし、静翼面に開口部を設けてこの開口部から翼面
の水分を吸込むようにしたものがある。具体的には、第
６図に示すように静翼１とｆｉｈ　ｍ　２とから蒸気タ
ービンのタービン段落３を構成し、タービン段落３の静
翼１の腹面および背面（第７図参照）にスリット状の開
口部４を設けるとともに、静翼１内部の空間５を連通孔
６を介してより圧力の低いタービン段落出口空間７に連
絡したものである。

蒸気タービンのＤ　’Ａ　１面に付着した水分は静翼１
間の蒸気通路部１ａと内部空間５との圧ツノ差により開
口部４を通して内部空ｒＷＩ５に吸込まれ、吸込まれた
水分は連絡孔６によってより圧力の低いタービン段落出
口空間７へと排出される。静翼１の翼面の中には、開口
部４を第８図に示すように静翼１の出口端（下流）側に
形成したものもある。

また、蒸気タービンの水分排除装置の別の公知例として
第９図に示したものがある。これは、静ｖＡ１と動翼２
とから構成されるタービン段落３の蒸気通路部１ａ外周
而８に周方向に連続するスリット状開口部４を形成し、
この開口部４を環状のドレンチャンバ９に導く一方、ド
レンチャンバ９は連通孔６により蒸気通路部１ａより圧
力が一層低い部分、例えばタービン段落出口空間７に連
絡される。この水分排除装置の場合にも、蒸気通路部１
ａ、ドレンチャンバ９、タービン段落出口空間７の順で
圧力が低くなるので、蒸気通路部外周面８を流れる水（
ドレン）は開口部４を通じてドレンチャンバ９へ吸込ま
れ、タービン段落出口空間７へ排出される。

これらの水分排除装置は、いずれも蒸気タービンの蒸気
通路部１ａに存在する水分を捕えて排除する機能があり
、多くの蒸気タービンに使用されている。

しかし、これらの水分排除装置は、蒸気タービンの蒸気
通路部に開口部を設けるとともに、その他端を蒸気通路
外のより圧力の低い空間に連絡して開口部内外の圧力差
によって蒸気通路部の水分を吸込み、この水分を蒸気通
路外へ排除することを特徴とするものである。

この場合、蒸気通路部の開口部から水分とともに多少の
蒸気を吸込むことが避けられず、この随伴蒸気は蒸気タ
ービン内で有効に仕事をしないため、タービン効率を低
下させる要因となっている。

随伴蒸気量や水分排除機能（水分量）は共に開口部内外
の圧力差と密接な関係にあり、圧力差の増大に伴って水
分排除ｖ１能が増すとともに、随伴蒸気量も増加するの
で、蒸気損失が大きくなり、タービン効率は低下する。

水分排除機能とタービン効率との関係は第１０図に示す
ように表わされ、この関係グラフから最適な圧力差が存
在することがわかる。

一方、蒸気タービンの蒸気通路部の圧力は、タービン負
荷によって変わるために、水分排除装置の開口部内外の
圧力差も変動し、通常はタービン負荷の増大に伴って圧
力差が増加する。したがって、第６図および第９図に示
された水分排除装置は、広範囲のタービン負荷にわたっ
て水分排除機能および随伴蒸気量を最適に保つことがで
きない。

タービン負荷が増加すると随伴蒸気ｍが増してタービン
効率が低下し、逆にタービン負荷が減少すると水分排除
機能が下がって蒸気タービンの信頼性が低下するという
問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、広範
囲なタービン負荷にわたって水分排除機能と随伴蒸気量
を最適に保ち、湿り蒸気域におけるタービン性能と信頼
性を向上ざＶた蒸気タービンの水分排除装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明に係る蒸気タービンの水分排除装置は、湿り蒸気
域で運転されるタービン段落を備えたものにおいて、上
記タービン段落の蒸気通路部に水分排除用開口部を形成
し、この開口部を上記蒸気通路部外の閉じたドレンチャ
ンバに連通し、このドレンチャンバを途中にドレン弁を
備えたドレン排出管を介して前記蒸気通路部より圧力の
低い部位に連絡し、前記ドレン弁の弁開度調整によって
ドレンチャンバと蒸気通路部の圧力差を調節可能とした
ことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る蒸気タービンの水分排除装置の一実
施例について添付図面を参照して説明する。

第１図は原子力タービンや火力タービンなどの蒸気ター
ビンに組み込まれる湿り蒸気域のタービン段落１０を示
し、このタービン段落１０は静翼１１とタービンロータ
１２に設けられた動翼１３とから構成される。静翼１１
はノズルダイアフラム内輪１４とノズルダイアフラム外
輪１５とにより保持され、ノズルダイアフラム外輪°１
５はタービンケーシング１６内に収容される内ケーシン
グ１７に固定される。

静翼１１の内部は中空の空間１８となっており、その翼
面には内部空間１８に連通ずるスリット状開口部２０が
形成される。静翼１１内の空間１８はノズルダイアフラ
ム外輪１５内に形成される蒸気通路２１外のドレンチャ
ンバ２２にドレン口２３を介して連絡しており、ドレン
チャンバ２２にはドレン排出管２５が連結される。ドレ
ン排出管２５はドレン弁２６を介して蒸気通路部２１よ
り圧力の低い空間２７に連絡される。圧力の低い空間２
７は例えば復水器や蒸気タービン内のタービン段落出口
空間である。

一方、蒸気タービンの蒸気通路部２１やドレンチャンバ
２２には圧力検出器２８．２９がそれぞれ取付けられ、
蒸気通路部２１およびドレンチャンバ２２内の圧ノｊを
検出している。検出された圧力は差圧演算器３０に送ら
れ、この差圧演算器３０で蒸気通路部２１とドレンチャ
ンバ２２内の実際の圧力差（以下、大差という。）が求
められる。

この実差圧信号ａは比較器３１に送られる。

また、蒸気通路部２１の圧力検出器２８は最適差圧設定
器３２に送られ、この最適差圧設定器３２によりタービ
ン負荷に応じた最適な圧力差が設定される。この設定差
圧信号も比較器３１に送られる。比較器３１は実差圧信
号ａを設定差圧信号すと比較し、その偏差信号Ｃを弁開
度設定器３３に入力させている。この弁開度設定器３３
はドレン弁２６の弁開度を調節制御するもので、弁開度
設定器３３からの弁開度設定信号ｄによりドレン弁２６
の弁開度が自動的に調節される。

第２図はドレン排出管２５の配置例を示したもので、ド
レンチャンバ２２に連結されたドレン排出管２５はドレ
ン弁２６を介して圧力の低い空間２７に連結される。ド
レン排出管２５を第２図のように複数本２５ａ〜２５ｃ
とするか、あるいは１本とするかは、ドレンチャンバ２
２の構造を考慮して適宜選択される。

次に、蒸気タービンの水分排除装置の作用について説明
する。

蒸気タービンの湿り蒸気域の蒸気通路部２１を流れる蒸
気中の水分のうち、静翼１１の表面に付着した水分が開
口部２０に達すると、静翼１１内の内部空間１８と蒸気
通路部２１との圧力差によって静翼内部空間１８に吸込
まれる。吸込まれた水分はドレン水となってドレンチャ
ンバ２２に集められ、続いてドレン排出管２５およびド
レン弁２６を通って圧力の低い空１！！２７へ案内され
る。

このとき、蒸気通路部２１からドレンチャンバ２２に吸
込まれる水分（ドレン）および蒸気の迅は、第１０図に
示した通りであり、静翼１１開口部２０の内外の圧力差
によって変化する。吸込まれるドレンおよび蒸気ｍを最
適に保つために、ドレン弁２６の弁開度が自動的に調整
される。

蒸気通路部２１の圧力は圧力検出器２８により検出され
、この検出信号が差圧演算器３０に送られるとともに最
適差圧設定器３２に送られる。最適差圧設定器３２は蒸
気通路部２１の圧力からタービン負荷に応じた最適な圧
力差が設定され、その設定差圧信号すが比較器３１に送
られる。一方、ドレンチャンバ２２内の圧力は圧力検出
器２９により検出されて差圧８ｔｉ算器３０に送られ、
この差圧演算器３０で蒸気通路部２１とドレンチャンバ
２２内の実際の圧力差が演算され、その実差圧信号ａが
比較器３１に送られる。

比較器３１では最適差圧設定器３２から送られた設定差
圧信号すと差圧演算器３０からの実差圧信号ａとが比較
され、その偏差Ｃが弁開度設定器３３に送られる。弁開
度設定器３３では偏差が正の場合、ずなわら、実差圧信
号（実際の圧力差）ａが設定差圧信号（最適な圧力差）
ｂより大きければ、ドレン弁２６の弁開度を減少させる
信号を、偏差が負の場合には弁開度を増大させる信号を
それぞれ出力し、ドレン弁２６の弁開度調整が行なわれ
る。

この結果、蒸気タービンの静翼面上の開口部２０におけ
る内外の圧力差は、常に蒸気通路部２１の圧力、すなわ
ちタービン負荷に応じた値から最適値に設定されること
となり、タービン負荷の変化等により蒸気通路部の圧力
が変化した場合でも、タービン負荷変動に応じた最適な
圧力差に保たれる。したがって、水分排除機能と開口部
２０から吸込まれる随伴蒸気量との関係が常に最適な値
に保たれ、湿り蒸気中の水分による動偶の浸食等に対す
る蒸気タービンの信頼性とタービン性能を向上させるこ
とができる。

第３図は本発明に係る蒸気タービンの水分排除装置の他
の実施例を示すものである。

この実施例に示された水分排除装置は、湿り蒸気域にお
けるタービン段落１０の蒸気通路部２１の外周面２１ａ
を流動する水分（ドレン）を排除することを、目的とし
ている。このため、静翼１１下流側の蒸気通路部２１外
周面２１ａに水分を吸込む開口部２ＯＡが形成され、こ
の開口部２ＯＡはノズルダイアフラム外輪１５に形成さ
れたドレンチャンバ２２に通じている。ドレンチャンバ
２２はドレン排出管２５を介して蒸気通路部２１より圧
力の低い空間２７に連絡している。ドレン排出管２５に
はドレン弁２６が設けられるとともに、差圧演算器３０
による実差圧の演算は、蒸気通路部２１と圧力の低い空
間２７とに設けた圧力検出器２８．２９からの検出圧力
により行なっているが、基本的な構成および作用は第１
図に示すものと同様であるので説明を省略する。

また、蒸気通路部２１の外周面２１ａを流れる水分を吸
収する開口部２０Ａの位置や圧力検出器２８．２９の設
定位置は適宜選択される。

第４図は本発明に係る蒸気タービンの水分排除装置のさ
らに他の実施例を示すもので、開口部２０内外の圧力差
の最適値を、タービン負荷または蒸気通路部２１の圧力
の他に蒸気通路部２１の水分の量、すなわち蒸気の湿り
度をも考慮し、蒸気タービンのタービン負荷と蒸気湿り
度の両方を検出し、最適な圧力差を算出するものである
。このため、最適差圧設定器３２にタービン負荷測定器
３５や湿り度測定器３６からの測定信号が入力される。

開口部２０前後の圧力差の検出方法やドレン弁２６の弁
開度の調整方法は第１図に示したものと同様であるので
説明を省略する。

また、蒸気タービンの水分排除装置は簡素化して第５図
に示すように構成してもよい。第５図はドレン排出管２
５に設けられたドレン弁２６を手動弁とし、蒸気タービ
ンの運転状態に応じて弁開度の調整を行ない、水分排除
機能と随伴蒸気量の関係を最適値に保ち、蒸気タービン
のタービン性能と信頼性の向上を図るようにしてもよい
。

（発明の効果） 以上に述べたように本発明に係る蒸気タービンの水分Ｉ
ＪＩ：除装置は、タービン段落の蒸気通路部に水分排除
用開口部を形成し、この開口部を蒸気通路部外の閉じた
ドレンチャンバに連通させ、このドレンチャンバを途中
にドレン弁を備えたドレン検出管を介して蒸気通路部よ
り圧力の低い部位に連絡し、前記ドレン弁の弁１７ｉ１
度調整によってドレンチャンバと蒸気通路部の圧力差を
調節可能としたので、ドレン弁の弁開度調節により、水
分排除用開口部の内外の圧力差を最適値に保つことがで
き、水分排除機能と随伴蒸気量の関係を最適に維持する
ことができる。したがって、湿り蒸気域で運転される蒸
気タービンのタービン性能を信頼性を広い範囲のタービ
ン負荷にわたって向上さけることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蒸気タービンの水分１ノＦ除装置
の一実施例を示す図、第２図は第１図の■−■線に沿う
断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す図、第４図
は本発明のさらに他の実施例を示づ図、第５図は蒸気タ
ービンの簡素化された水分排除装置の実施例を示す図、
第６図は従来の蒸気タービンの水分排除装置を示す図、
第７図は第６図のＶＩ−■線に沿う静翼の断面図、第８
図は第７図と同様な静翼の断面図、第９図は、従来の蒸
気タービンの水分排除装置の他の例を示す図、第１０図
は蒸気タービンの蒸気通路部に形成される開口部内外の
圧力差と、水分排除機能およびタービン効率との関係を
示したグラフである。 １０・・・タービン段落、１１・・・静翼、１２・・・
タービンロータ、１３・・・動翼、１４・・・ノズルダ
イアフラム内輪、１５・・・ノズルダイアフラム外輪、
１６・・・タービンケーシング、１８・・・内部空間、
２０゜２０Ａ・・・開口部、２２・・・ドレンチャンバ
、２５・・・ドレン排出管、２６・・・ドレン弁、２７
・・・低圧部空間、２８．２９・・・圧力検出器、３０
・・・差圧演算器、３１・・・比較器、３２・・・最適
差圧設定器、３３・・・弁開度設定器、３５・・・負荷
測定器、３６・・・湿り爪側定器。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、湿り蒸気域で運転されるタービン段落を備えたもの
   において、上記タービン段落の蒸気通路部に水分排除用
   開口部を形成し、この開口部を上記蒸気通路部外の閉じ
   たドレンチャンバに連通し、このドレンチャンバを途中
   にドレン弁を備えたドレン排出管を介して前記蒸気通路
   部より圧力の低い部位に連絡し、前記ドレン弁の弁開度
   調整によってドレンチャンバと蒸気通路部の圧力差を調
   節可能としたことを特徴とする蒸気タービンの水分排除
   装置。 ２、開口部はタービン段落の静翼の翼面の一部に形成さ
   れた特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービンの水分
   排除装置。 ３、開口部はタービン段落の蒸気通路部の外周面に周方
   向にスリット状に形成された特許請求の範囲第１項に記
   載の蒸気タービンの水分排除装置。 ４、ドレン弁は弁開度設定器により弁開度が調節設定さ
   れる特許請求の範囲第１項に記載の蒸気タービンの水分
   排除装置。 ５、弁開度設定器には比較器からの偏差信号が入力され
   るとともに、上記比較器は開口部内外の実際の圧力差を
   検出する差圧演算器からの実差圧信号と、タービン負荷
   に応じた最適な圧力差を設定する最適差圧設定器からの
   設定差圧信号とを比較演算するように設定された特許請
   求の範囲第４項に記載の蒸気タービンの水分排除装置。 ６、最適差圧設定器は蒸気通路部の圧力を検出する圧力
   検出器に接続された特許請求の範囲第５項に記載の蒸気
   タービンの水分排除装置。 ７、最適差圧設定器はタービン負荷を検出する負荷測定
   器および蒸気通路部を通る蒸気の湿り度を検出する湿り
   度測定器に接続された特許請求の範囲第５項に記載の蒸
   気タービンの水分排除装置。