JPS63100202A

JPS63100202A - タービン及び発電機システムの熱率を低減し効率を向上させる方法及び装置

Info

Publication number: JPS63100202A
Application number: JP62249681A
Authority: JP
Inventors: エリック・エイ・サロ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-03
Filing date: 1987-10-02
Publication date: 1988-05-02
Also published as: GB2195716A; FR2604746A1; FR2604746B1; DE3733416A1; IT1222807B; IT8722113A0; GB2195716B; GB8723089D0; US4715185A

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】産業上の利用分野本発明は、再生蒸気サイクルにより駆動されるタービン
及び発電機システムの熱率を低減し効率を向上させる方
法及び装置に係る。

従来の技術発電機を駆動するために蒸気タービンを使用する型式の
従来のエネルギサイクルはエネルギ出力及び熱効率が低
い。

タービンよりの全ての流出蒸気がボイラへ供給される水
を形成するために廃熱凝縮器に通される直接凝縮サイク
ルは１２７００　Ｂｔｕハトｈｒ（３゜７２　ｋＷ−ｈ
ｒ／ｋＷ−ｈｒ　）の熱率及び２７％の効率を有してい
る。

ランキンサイクルが採用される場合には、タービンより
の流出蒸気の大部分が蒸気発電機のための供給水を予熱
するために使用され、これにより廃熱が低減され、熱率
は約１０１００　Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ（２、９６ｋＷ−
ｈｒ／にシーｈｒ　）となり、熱効率は約３４％になる
。しかしこのサイクルに於ては、蒸気の９７０〜１００
０Ｂｔｕ／Ｉｂ（０，６２７〜０．６４６にシーｈｒ／
ｋｇ）の相変化に起因する熱損失が避けられない。

発明の概要本発明によれば、タービンよりの抽出蒸気の半分まで又
はそれ以上の蒸気がリプレッサ／リピータサイクル、即
ち再加圧及び再熱サイクルに通され、しかる後機械的エ
ネルギに変換すべくタービンに戻される。蒸気タービン
との組合せに於けるリプレッサ／リピータサイクルの熱
率は約４５００　Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ　　（１、３２ｋ
Ｗ−ｈｒ／ｋＷ−ｈｒ　）であり、熱効率は約７４％で
ある。

本発明の目的は、リプレッサ／リピータサイクルをラン
キンサイクルの如き再生サイクルと組合わせることであ
る。

タービンよりの蒸気の流れがそのうちの２０％がリプレ
ッサ／リピータサイクルへ供給され８０％がランキンサ
イクルへ供給されるよう制御される場合には、熱率及び
熱効率はそれぞれ約８２００　Ｂｔｕハトｈｒ　　（２
，４０ｋｗ−ｈｒハトｈｒ）、３９％になる。また５０
％の蒸気流がリプレッサ／リピータサイクルへ供給され
、５０％の蒸気流がランキンサイクルへ供給される場合
には、熱率及び熱効率はそれぞれ約６０００　Ｂｔｕハ
トｈｒ　　（１，７６ｋＶ−ｈｒ／ｋＷ−ｈｒ　）　、
５４％になる。また８０％の蒸気流がリプレッサ／リピ
ータサイクルへ供給され、２０％の蒸気流がランキンサ
イクルへ供給される場合には、熱率及び熱効率はそれぞ
れ約５０００Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ　　（１、４７ｋＷ−
ｈｒハトｈｒ）、６５％になる。

リプレッサはタービンよりの部分的に膨張された蒸気の
コンパートメント内のチャージをタービンよりのより高
い圧力の蒸気供給段へまたそれらの段を経て搬送するよ
う構成される。リプレッサの最高圧力段内の蒸気は燃焼
式のリヒータに通される。リヒータ内に於ては、その蒸
気を再流入蒸気タービンへ導入してより高い出力にて追
加のエネルギを発生し得るよう、蒸気のエンタルピーが
実質的に増大される。

リプレッサは１９７６年１月６日付にて発行された本願
出願人の出願にかかる米国特許第３．９３０．７５７号
に記載された円環状ポンプのラインに沿って構成される
が、１９８６年６月３日付にて発行された本願出願人と
同一の出願人の出願にかかる米国特許第４．５９３，２
１５号に記載されている如く、制御された周波数の多相
電力により駆動される電磁駆動装置によって駆動される
。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例第１図の直接凝縮サイクルは蒸気タービン１０と、ター
ビン１０により駆動される発電機１２と、タービン１０
より流出した水蒸気を水に凝縮するコンデンサ１４と、
得られた水をボイラ２０へ供給するポンプ１８を有する
導管１６と、内部に図には示されていない燃料バーナを
有するヒータ２２と、ボイラ２０よりヒータ２２を経て
タービン１０まで延在する蒸気導管２４とを含んでいる
。

下記の表１に示されている如く、直接凝縮サイクルは１
２７００　Ｂｔｕハトｈｒ　　（３、７２ｋＷ−ｈｒ／
ｋｉｔ−ｈｒ　）の熱率及び２７％の効率を有している
。

再生サイクル、即ちランキンサイクルを示す第２図に於
て、第１図に示された部材に対応する部材には第１図に
付された符号と同様の符号が付されている。このサイク
ルは導管１６の途中に設けられた複数個の熱交換器２６
と、タービン１０と熱交換器２６とを接続し種々の温度
及び圧力にてタービンより流出した蒸気を熱交換器へ供
給しこれによりボイラへ戻される供給水を予熱するよう
構成された複数個の流出蒸気導管２８とを含んでいる。

流出蒸気の一部のみがコンデンサ１４内に於て凝縮され
、残りの蒸気は供給水を予熱するために使用される。

下記の表１に示されている如く、第２図のランキンサイ
クルは１０１００Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ　　（２，９６ｋ
Ｗ−ｈｒ／にシーｈｒ　）の熱率及び３４％の効率を有
している。

第３図は本発明の装置の一つの好ましい実施例、即ち第
２図の従来のサイクルと符号３０及び３２にて示された
リプレッサ／リピータサイクルとの組合せを示している
。

下記の表１及び表２に示されている如く、第３図のリプ
レッサ／リピータサイクルは４６００Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈ
ｒ　　（１、３５ｋＷ−ｈｒ／ｋＷ−ｈｒ　）の熱率及
び７４％の効率を有している。このサイクルが第２図の
ランキンサイクルと組合されると、全体としての熱率及
び効率の値が実質的に増大される。流出蒸気の２０％が
第３図の装置のリプレッサ／リピータサイクルへ供給さ
れ、流出蒸気の８０％がランキンサイクルへ供給される
場合には、全体としての熱率は８２００　Ｂｔｕ／ｋＷ
−ｈｒ　　（２、４０ｋＷ−ｈｒ／ｋＷ−ｈｒ　）とな
り、全体としての効率は３９％になり、流出蒸気がそれ
ぞれのサイクルへ５０％ずつ供給される場合には、熱率
は６０００　Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ（１，７６にシーｈｒ
／ｋＷ−ｈｒ　）になり、効率は５４％になり、流出蒸
気の８０％がリプレッサ／リピータサイクルへ供給され
、流出蒸気の２０％がランキンサイクルへ供給される場
合には、熱率は５０００　Ｂｔｕ／ｋＷ−ｈｒ　　（１
、４７ｋＷ−ｈｒ／ｋＷ−ｈｒ　）になり、効率は６５
９６になる。

リプレッサ３０は好ましくは水平に装着された円環状の
ケーシング３４を含んでいる（第４図及び第５図参照）
。ケーシングはそれぞれ互いに係合するフランジ４０及
び４２が設けられた上部半体３６及び下部半体３８を含
んでいる。フランジ４０及び４２はスタッド４４及びナ
ツト４６により流体の漏洩が生じないよう互いに固定さ
れている。スタッド４４の一部は金属支持架台４８のね
じ部にねじ込まれている。架台４８はスタッド５２及び
ナツト５４により図には示されていない適当なコンクリ
ート床に強固に固定されたペースブレート５０と一体を
なしている。かくしてケーシング３４が装着されている
ので、ケーシング及びその内部のコンベアリング５６は
ケーシングに接続された導管より応力を受けても変位せ
ず、またケーシング及びリング５６の撮動が抑制される
ようになっている。

コンベアリング５６は円弧状のコネクティングロッド６
０により中央部に於て互いに接続された完全に円形の均
等に互いに隔置されたシールディスク５８よりなってい
る。ディスク５８の外周面には断面長方形の溝６２が形
成されており（第６図参照）、該溝内にピストンリング
６４が嵌込まれている。リング６４はそれが拡径してケ
ーシングのボア面６６に当接し、これにより蒸気をディ
スク間コンパートメント６８内に継続的に閉込めてその
圧力を維持し得るに十分な横方向のクリアランスを溝６
２の壁面との間に有している。二組の蒸気導管がタービ
ン１１０とリプレッサ３０とを接続している。一方の組
はタービン１１０よりの流出蒸気を予め選定されたディ
スク間コンパートメシト６８内へ搬送するよう構成され
た導管７０．７２．７４．７６．７８を含んでいる。

導管７２．７４．７６．７８はポート８０を経て下部半
体３８に接続されており、ポート８０はケーシングのボ
ア面６６と同一高さの位置に設けられている。導管７０
はポート８２にて終る導管７０Ａを介して、またポート
８３にて終る導管７０Ｂを介してケーシングの上部半休
３６に接続されている。導管７０Ａは最も圧力の高い蒸
気を最終的な加圧を行うコンパートメント６８へ搬送し
、導管７０Ｂは回転方向に見て遅れ側の位置にてコンパ
ートメント６８へ最も圧力の高い蒸気を搬送し、これに
よりコンパートメント６８より最も圧力の高い蒸気を排
出させて導管８４を経てリヒータ３２へ供給するように
なっている。

ポート８０及び８３は、これによりこれらのポートを経
て流れる蒸気により与えられるエネルギ以外には殆ど又
は全くリング５６を駆動するためのエネルギが必要では
ないようリング５６の回転方向に見て前方へ傾斜されて
いる。ポート８３には僅かに絞られたジェットノズル出
口が設けられており、該出口の軸線とケーシングのボア
面６６の軸線との間の角度はαである。この角度αは約
３０〜４５°の値であってよく、図に於ては３８０の角
度にて示されている。

タービン１１０とリプレッサ３０とを接続する第二の組
の蒸気導管は、リプレッサ３０とリヒータ３２との間及
びリヒータ３２とタービン１１０との間に延在する導管
８４と、リプレッサとタービンとの間に延在する導管８
６．８８．９０．９２とを含んでいる。導管９４が蒸気
のなくなったコンパートメント６８をタービンの排気蒸
気マニホールド９６に接続している。導管８４〜９４は
ケーシングの下部半休に接続されている。導管７０Ｂ及
び８４は互いにほぼ整合しており、リング１５６の回転
経路に対し互いにほぼ同一の角度をなしている。

導管８４．８６．８８．９０．９２の出口端部に於ける
タービン内の蒸気圧は、これらの導管の入口端部に於け
るリプレッサ内の蒸気圧よりも実質的に低く、これによ
りリプレッサよりタービンへ至る必要な蒸気流が発生さ
れる。また導管７０．７２．７４．７６．７８の出口端
部に於けるリプレッサ内の蒸気圧は、これらの導管の入
口端部に於けるタービン内の蒸気圧よりも実質的に低く
、これによりタービンよりリプレッサへ至る必要な蒸気
流が発生される。

リプレッサ３０はポンプとしては作用しない。

各コンパートメント内に於ては、回転方向に見て進み側
及び遅れ側のディスク５８に作用する蒸気圧は互いに同
一である。リプレッサ３０は導管７８の入口と導管７０
の人口との間に於て徐々に高い蒸気圧のコンパートメン
トを移動させ、導管８４の入口と導管９２の入口との間
に於て徐々に低い蒸気圧のコンパートメントを移動させ
るコンベアとして作用する。

リプレッサにはタービンより排出された水蒸気が順次充
填される点に鑑みれば、タービンより排出された水蒸気
はタービンブレードに対し既に運動エネルギを与えてい
る。水蒸気はリプレッサを通過する際に再加圧され、リ
ヒータを通過する際に再熱され、しかる後タービンへ供
給され、これによりコンデンサ１１４内のタービン排出
蒸気の場合の如くコンデンサ内に於て蒸気が水に熱力学
的に無駄な相変化を生じることなくタービンに非常に多
量の運動エネルギが与えられる。

蒸気の潜熱損失に起因する第２図のシステムの廃エネル
ギの実質的な部分を排除することにより、第３図に示さ
れた本発明の実施例は、リプレッサノリヒータ蒸気サイ
クルの効率が８０％に近付くので実質的により一層エネ
ルギ的に効率的なものになる。

従ってリプレッサ／リヒータサブシステムの重要な目的
及び機能は部分的に膨張された蒸気のコンパートメント
内のチャージを順次圧力の高い蒸気段へ搬送し、それら
の段を経て燃焼式のりヒータへ搬送し該リヒータ内に於
てその蒸気が再流入蒸気タービン内へ再度導入され、こ
れによりより高い出力にて追加のエネルギが発生される
よう蒸気のエンタルピーが実質的に増大されるようにす
ることである。

リプレッサを低速にて作動させ、またリング５６の回転
速度を制御し得るよう、電磁駆動機構が設けられている
。この機構の目的、機能、構成、及び作動は１９８６年
６月３日付にて発行された前述の米国特許第４，５９３
，２１５号に詳細に記載されている。

電磁駆動機構は実質的に一対の互いに横方向に並べられ
た通常の多相誘導モータである。アーマチュア巻線１３
０がリプレッサのケーシングの下部半休３８０円弧状の
リセスを有するハウジング部１３２内に配置され且所定
の位置に強固に固定されている。巻線１３０及びそれら
の磁石コア１３３は円弧の一部としてのみ延在している
。電磁ロータ１３４はリプレッサのリング５６内に挿入
され且巻線１３０及び磁石コア１３３を含む静止アーマ
チュア電磁回路と整合してリング５６に強固に取付けら
れた一対の横方向に並べられたリング１３６として形成
されている。アーマチュアハウジング部１３２に設けら
れたリセス１３８とリプレッサのリング５６との間の部
分は耐熱粒状鉄及びエポキシ樹脂１４０にて充填されて
おり、粒状鉄及びエポキシ樹脂１４０は巻線１３０、コ
ア１３３、及びリング１３６の側面の周りを囲繞し且こ
れらを所定の位置に固定している。アーマチュア部分に
は電気的に絶縁された導線１４２を経て多相電流が供給
される。

第８図に示されており、また前述の米国特許第４．５９
３，２１５号に詳細に記載されている如く、アーマチュ
ア巻線１３０を設けることにより、加熱作用を生じる好
ましからざる漂遊電流がディスク５８内に生じることに
対抗する逆極性にて誘導されるロータ電流を与える逆極
性の磁極が与えられる。

第３図はタービン１１０内へ流入しタービンより流出す
る蒸気についての例示的な運転温度及び圧力条件を示し
ている。

第３図の従来のサイクル、即ちランキンサイクルの部分
に於ては、第１図及び第２図に示された部材に対応する
部材には１００が加算された同一の符号が付されている
。また第３図に於ては、圧力の単位であるｐｓｉ及びｋ
ｇ／ｃ−がそれぞれ＃、＊なる記号にて示されている。

タービン１１０には導管１２４を経て１０００ｐｓ１　
　（７０，３ｋｇ／ａｒ’）及び９００下（４８２℃）
のメイン蒸気が供給される。タービンよりの排出蒸気は
コンデンサ１１４内に於て凝縮される。凝縮液は導管１
１６へ流入し、熱交換器１２６を経て供給され、該熱交
換器内に於て４４５下（２２９℃）に加熱され、次いで
ボイラ１２０へ供給される。ボイラ１２０よりの蒸気は
導管１２４及び過熱器１２２を通過した後タービンへ供
給される。

タービンよりの排出蒸気は、第３図に示されている如く
、４００ｐｓｌ　　（２８，１ｋｇ／、’）及び４４５
下（２２９℃）　、２８０ｐｓｌ　　（１９，７ｋｇ／
ｉ）及び４１１下（２１１℃）　、１５０ｐｓｉ　　（
１０、５ｋｇ／ｃｍ’）及び３５８下（１８１℃）、２
０ｐｓ１　　（１，４ｋｇ／ａｍ２）及び２２８下（１
０９℃）にて導管１２８を経て熱交換器１２６へ流入す
る。

導管７０の７５０ｐｓｉ　　（５２，７ｋｇ１０ｎ２）
の排出蒸気、導管７２の４００ｐｓ！　　（２８，１ｋ
ｇ／ａｍ”）の排出蒸気、導管７４の２８０ｐｓｉ　　
（１９，７ｋｇ／　ａｍ’　）の排出蒸気、導管７６の
１５０ｐｓ１　　（１０゜５　ｋｇ／　ａｔｉ’　）の
排出蒸気、導管７８の２０　ｐｓｉ　　（１。

４　ｋｇ／　ｃａ’　）の排出蒸気はタービン１１０よ
りリプレッサ３０へ供給される。

導管８４の６７５ｐｓｉ　　（４７，５ｋｇ／ｃｍ’）
の噴射蒸気、導管８６０３０５ｐｓｉ　　（２１，４ｋ
ｇ１０ｎ２）の噴射蒸気、導管８８の２３０ｐｓｉ　　
（１６，２ｋｇ／ユ２）の噴射蒸気、導管９０の１２０
ｐｓｉ　　（８゜４４ｋｇ／ａ？）の噴射蒸気、導管９
２の７０ｐｓｉ（４，９２ｋｇ／ｃ＋＋’）の噴射蒸気
はリプレッサ３０よりタービンへ供給される。

導管７０の７５０ｐｓｉ　　（５２，７ｋｇ／ａａ’）
の蒸気はリング５６のコンパートメント６８内の蒸気を
導管８４へ移動させるので、導管８４内の初期圧力も７
５０ｐｓｉ　　（５２，７ｋｇ／ｃａ２）である。導管
８４の蒸気が過熱器３２を通過しタービン１１０へ到達
する過程に於て、その蒸気圧は摩擦損失に起因して６７
５ｐｓｉ　　（４７゜５　ｋｇ／　ｃｓ２）に低下する
。

以上に於ては本発明を特定の実施９１１１こつ−１て詳
細に説明したが、本発明は力１力する実施汐１１（二μ
艮定されるものではなく、本発明の範囲内（こてイ也の
種々の実施例が可能であること（よ当業者（ことって明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直接凝縮サイクルシステムを示す解図で
ある。第２図は従来の再生ランキンサイクルシステムを示す解
図である。第３図は本発明の好ましいシステムを示す解図である。第４図はリプレッサを示す正面図である。第５図は機械的及び電気的構造を示すべく一部貰断され
た状態にてリプレッサを示す平面図である。第６図は第５図の下側の破断された部分に示された構造
を示す拡大部分断面図である。第７図はリプレッサのリングを示す拡大図である。第８図はステータ及びロータ巻線、磁極要素、及びコア
要素を展開した状態にて示す解図である。１０・・・蒸気タービン、１２・・・発電機、１４・・
・コンデンサ、１６・・・導管、１８・・・ポンプ、２
０・・・ボイラ、２２・・・ヒータ、２４・・・導管、
２６・・・熱交換器、２８・・・導管、３０・・・リプ
レッサ、３２・・・リヒータ、３４・・・ケーシング、
３６・・・上部半体、３８・・・下部半体、４０．４２
・・・フランジ、４４・・・スタッド、４６・・・ナツ
ト、４８・・・支持架台、５０・・・ベースプレート、
５２・・・スタッド、５４・・・ナツト。５６・・・コンベアリング、５８・・・ディスク、６０
・・・コネクティングロッド、６２・・・溝、６４・・
・リング。６６・・・ボア面、６８・・・コンパートメント、７０
１７２．７４．７６．７８・・・導管、８０．８２．８
３・・・ポート、８４．８６．８８．９０．９２．９４
・・・導管、９６・・・マニホールド、１１０・・・タ
ービン、１１４・・・コンデンサ、１３０・・・Ｓ線、
１Ｂ２・・・ハウジング部、１３３・・・コア、１３４
・・・電磁ロータ、１３６・・・リング、１４０・・・
粒状鉄及びエポキシ樹脂、１４２・・導線特　許　出　願　人　エリツク・エイ・サロ代　　　　
　理　　　　　人　　弁理人　　明　　石　　昌　　毅
密≦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）再生蒸気サイクルにより駆動されるタービン及び
発電機システムの熱率を低減し効率を向上させる方法に
して、前記タービンへ供給されるメイン蒸気の温度及び
圧力と前記タービンを通過した蒸気の温度及び圧力との
中間の種々の温度及び圧力の複数個の抽出ステーション
に於て前記タービンより部分的に膨張された蒸気を排出
させる過程と、流入ステーションと排出ステーションと
の間の比較的低い温度及び圧力の一つの前記抽出ステー
ションより蒸気を受けそれを搬送する過程と、かくして
搬送される蒸気をそれを比較的高い温度及び圧力の他の
一つの前記抽出ステーションよりの蒸気に噴射すること
によって加圧する過程と、前記排出ステーションより加
圧された蒸気を受けそれを再熱する過程と、前記再加圧
され再熱された蒸気を前記タービンへ搬送しそれを前記
タービン内へ噴射して前記タービン内の作動蒸気と混合
する過程と、を含む方法。
（２）発電機及びそれを駆動する蒸気タービンの組合せ
にして、前記タービンよりの部分的に膨張された蒸気を
再加圧する第一の手段と、前記再加圧された蒸気を再熱
する第二の手段と、前記再加圧され再熱された蒸気を前
記部分的に膨張された蒸気の圧力及び温度よりも高い圧
力及び温度の状態にて前記タービンを駆動すべく前記タ
ービン内へ供給する第三の手段とを含み、前記第一の手
段は連続的な密閉された通路を郭定するハウジングと、
互いに隔置され且互いに接続され前記ハウジングと共働
して蒸気を搬送する複数個のコンパートメントを郭定す
るディスクを有するコンベアリングと、前記複数個のコ
ンパートメントが順次高い圧力の蒸気を受けるよう前記
タービンの種々の蒸気抽出ステーションを前記ハウジン
グの種々の蒸気噴射ステーションと接続する複数個の導
管と、比較的高い圧力の抽出蒸気が最高の蒸気圧のコン
パートメント内へ導入されている間そのコンパートメン
トを前記第二の手段と接続し、これによりそのコンパー
トメント内の加圧された蒸気を前記第二の手段内へ移動
させ、該第二の手段及び前記第三の手段を経て前記ター
ビンの高圧の噴射ステーションへ移動させる導管と、前
記コンパートメントを前記タービンの他の一つ又はそれ
以上の低圧の噴射ステーションと順次接続するよう構成
された一つ又はそれ以上の導管とを含む組合せ。