(57)【要約】【課題】タービン出力の小さい条件においてノズル翼面を伝わる水滴を十分に除去できる蒸気タービンの水滴除去装置を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態では、作動蒸気により回転する動翼と、この動翼に前記作動蒸気を導くノズルとを備え、このノズル表面に設けられるスリット状の吸込開口が穿設されるとともに、この開口に連通するノズル中空部とを備える蒸気タービンの水滴除去装置において、ノズル中空部に接続される真空発生装置を設けることにより、ノズル翼面上の水滴の吸込を十分なものとすることにより上記目的を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動蒸気により回転する動翼と、この動翼に前記作動蒸気を導くノズルとを備え、このノズルの翼面にスリット状の吸込開口が穿設されるとともに、この開口に連通する中空部が形成される蒸気タービンの水滴除去装置において、
前記中空部が配管により接続される真空発生装置を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【請求項２】
請求項１の水滴除去装置において、前記真空発生装置に接続された配管は分岐され、前記復水器の低圧部に接続され、タービン出力が所定の値以下の場合は前記真空発生装置を駆動し、タービン出力が所定の値よりも大きい場合は前記真空発生装置を停止する制御を行うことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水滴除去装置において、復水器の圧力を検出する手段と、この検出手段の検出結果にもとづき真空発生装置と復水器真空圧との差圧を調節する手段を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【請求項４】
請求項２、３いずれかに記載の水滴除去装置において、タービンの出力信号により真空発生装置で発生させる圧力を制御する手段を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水滴除去装置において、タービン出力の増加とともに真空発生装置で発生させる圧力を増加させるよう制御することを特徴とする蒸気タービン水滴除去装置。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載の水滴除去装置において、最終段ノズルより上流段落のノズルいずれにもスリット状の吸込開口が穿設され、この開口に連通する中空部が形成されるとともに、前記最終段ノズルの中空部と前記最終段ノズルより上流段落のノズルの中空部とが、前記配管により前記真空発生装置に接続されることを特徴とする蒸気タービン水滴除去装置。  
【請求項７】
請求項６に記載の水滴除去装置において、各段落の中空部に接続された配管に対して、下流段落の配管との合流前に、配管差圧を調節する手段を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【請求項８】
請求項７に記載の蒸気タービンの水滴除去装置において、下流段落の配管との合流前の配管の圧力を検知する手段と、その圧力信号とタービン出力信号とによって、合流前後の配管差圧を制御する機構を備えたことを特徴とする蒸気タービンの水滴除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンに発生する水滴を除去するための水滴除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、火力タービンの低圧最終段付近や原子力タービンの大部分の段落は水滴を多数含んだ湿り蒸気中で作動しており、この水滴による動翼のエロージョンの問題が生じている。火力および原子力タービンの大容量化に伴う最終段動翼の長大化によって、上記問題への効果的な対策がより強く求められるようになってきた。
【０００３】
従来の蒸気タービンの段落中の水滴除去装置を、図７を参照して説明する。図７は従来の蒸気タービンの水滴除去装置の縦断面図であり、同図において、中空なノズル１の腹面および背面にスリット状の吸込孔２ａおよび２ｂが穿設されている。腹面および背面に穿設されたこれらのスリット状の吸込孔２ａおよび２ｂは、長手方向に分割され千鳥状に配設されている。また、中空なノズル１は中空なノズル内輪３および中空なノズル外輪４により円周方向に配設された他の中空なノズルと連通されており、ノズル外輪４の中空部４ａが復水器の低圧部に連通されている。
【０００４】
ノズル腹面を伝わった水滴は腹側吸込孔２ａから、また、ノズル背面を伝わった水滴は背側吸込孔２ｂから各々ノズル内部空間に吸込まれ、ノズル外輪を通り、ノズル外輪と復水器に接続された配管を通って復水器へ排出される。このようにノズル腹面とノズル背面とを伝わる水滴は除去されるので、ノズル後縁での粗大な水滴は除去される。このような構造は、特開平４−２５５５０４ にて公開されている。
【０００５】
図８にタービン出力と、復水器と中空ノズルとの差圧（以下スリット差圧と呼ぶ）、およびタービン出力と復水器真空度との関係を示す。タービン出力が小さい状態では、復水器に接続された真空発生装置が起動し始めた段階であり、復水器の真空度が悪い。そのため、スリット差圧がゼロに近い低い状態となる。
【０００６】
一方、タービン出力が増加すると、復水器真空度も良くなり、スリット差圧も大きくなる。このようにタービン出力が十分に大きい状態では、スリット差圧が大きいため、中空ノズル内部に水滴を吸込ませることが可能となる。
【０００７】
そのため定格運転時には、十分に水滴が除去されることになる。しかし、低負荷ではスリット差圧が小さくなり、中空ノズル内部に水滴を吸込まれにくくなるため、水滴が除去されないまま、ノズル後縁端に導かれ、ノズル後援端でふきちぎられた水滴が動翼前縁と衝突し、動翼のエロージョンが進行する。このように、タービン出力が大きい負荷では十分に水滴を除去することが可能であるが、低いタービン出力では十分に水滴を除去することができず、動翼のエロージョンが進行する原因の一つとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２５５５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、図８から、タービン出力が十分大きい定格運転時では、復水器の真空度が良くスリット差圧も大きくなる。そのため、水滴を十分に除去することができる。しかし、タービン起動時の出力が小さい負荷の低い状態では、復水器の真空度が悪く、スリット差圧が小さくなることから、水滴を十分に除去することができない。このように従来の水滴除去装置では、低負荷時に水滴を十分に除去できていないことが動翼のエロージョンを進行させる原因の一つとなっている。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、その目的はタービン出力の小さい条件においてノズル翼面を伝わる水滴を十分に除去できる蒸気タービンの水滴除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ノズル表面に設けられるスリットと、スリットに連通するノズル中空部とを備える水滴除去装置において、ノズル中空部が配管により接続される真空発生装置を設けることにより上記目的を達成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から８を用いて説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図１に示す。同図は最終段静翼の水滴除去装置を示しており、中空なノズル１の腹面および背面にはスリット状の吸込孔２ａおよび２ｂが穿設され、中空なノズル１は中空なノズル内輪３および中空なノズル外輪４より円周方向に配設された他の中空なノズルと連通しており、ノズル外輪４の中空部４ａは配管により真空発生装置と連通していることを特徴とする。このように、腹側吸込孔２ａおよび背側吸込孔２ｂが穿設された中空なノズルは、配管により真空発生装置に接続されている。    
従来の蒸気タービン水滴除去装置では、吸込孔２ａおよび２ｂが穿設された中空なノズルは、配管により復水器に接続される構造である。しかし、図８で示すように、出力の大きい定格運転時は復水器真空度も良くスリット差圧も大きくなるのに対し、出力の小さい低負荷運転時は復水器真空度が悪くスリット差圧が小さくなる。このように従来の水滴除去装置の構造では、復水器の真空度に水滴除去能力が左右され、低負荷運転時にスリット差圧が小さいことから、十分に水滴を吸込むことができず、動翼のエロージョンを進行させる原因の一つになっていた。
【００１４】
そのため、本実施形態１による蒸気タービン水滴除去装置では、腹側吸込孔２ａおよび背側吸込孔２ｂが穿設された中空なノズルを、復水器には接続せず、真空発生装置へ配管により直接接続する構造としていることを特徴としている。このため、低負荷運転時でも復水器真空度に左右されることなく一定の圧力とすることで、スリット差圧を大きくすることができる。これによりタービン出力の小さい低負荷運転時においてもスリット差圧が大きくなり、ノズル腹面を伝わった水滴は腹側吸込孔２ａから、また、ノズル背面を伝わった水滴は背側吸込孔２ｂから各々ノズル内部空間に吸込まれ、ノズル外輪を通り、ノズル外輪と復水器に接続された配管を通って真空発生装置へ排出される。このようにしてノズル腹面とノズル背面とを伝わる水滴は除去されるので、ノズル後縁での粗大な水滴は除去され、動翼のエロージョンを軽減できる。
【００１５】
（第２の実施の形態）
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図２に示す。この図は、上記実施形態１の蒸気タービン水滴除去装置の中空なノズル１と真空発生装置６とを接続する配管を分岐し、分岐した配管の先を復水器１０と接続していることを特徴としている。低負荷運転時の出力が小さく復水器真空度の低い状態では、スリット差圧は小さくなる。このため、例えばスリット差圧が所定の値以下（つまりタービン出力が所定の値以下）の場合は、真空発生装置の運転によりスリット差圧を大きくすることが出来る。
【００１６】
一方、タービン出力が増加し、復水器１０の圧力が低く十分なスリット差圧が確保できる状態となると、すなわちスリット差圧が前記所定の値よりも大きくなると（タービン出力が所定の値より大きくなると）、真空発生装置６を停止する。これにより真空発生装置６の動力を削減することができ、経済性にも優れ、かつ、どのタービン出力においても一定の水滴除去能力を確保することが可能となる。
【００１７】
（第３の実施の形態）
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図３に示す。この図は、上記実施形態２の蒸気タービン水滴除去装置の真空発生装置６に接続された配管が分岐され、分岐から復水器６の低圧部に接続された配管において、復水器の圧力の信号により真空発生装置と復水器真空圧との差圧を調節する手段であるバルブ５を備えたことを特徴としている。図３の例では、復水器１０に圧力を検出する圧力計１１が取付けられており、復水器１０の低圧部に接続された配管には、圧力計１１の信号により真空発生装置６と復水器１０との差圧を調整するバルブ５が備えられている。
【００１８】
バルブがない場合、低負荷時において復水器圧力が非常に高いときに復水器から真空発生装置への流れが発生し、十分なスリット差圧を確保できなくなる。しかし、真空度によって開度を制御できるバルブ５を設けることで低負荷運転時の復水器から真空ポンプへの流れを防止でき、十分なスリット差圧を確保できる。あらかじめ真空度に対してバルブ弁開度を決めておき、これに基づきバルブを適切に制御することで、復水器圧力が非常に高いときでも常にスリット差圧を一定に保つことができる。
【００１９】
（第４の実施形態）
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図４に示す。この図は、実施形態２,３の水滴除去装置において、タービンの出力信号１３により真空発生装置６で発生させる圧力を制御する手段１５を備えており、タービン出力の増加とともに真空発生装置で発生させる圧力を増加させる制御方法を備えたことを特徴としている。
【００２０】
図４の例では、タービン出力の信号により真空発生装置で発生される圧力を制御している。制御方法としては、図５に示すようにタービン出力の増加とともに圧力を増加させる。これにより、真空発生装置が例えば真空ポンプの場合、タービン出力に応じて圧力を変化させることができ、真空ポンプの圧力を運転、停止、部分負荷運転と必要に応じて切り替えることができる。
【００２１】
タービン出力が増加すると、復水器内の圧力が低下するため、真空発生装置を一定で運転した状態の圧力では、スリット差圧が過大となってしまう。そのため、本実施形態ではタービン出力に応じて、真空発生装置の運転状態を変えて圧力を高くすることで、スリット差圧を一定にすることができる。従って、必要以上の過大なスリット差圧としないため、必要以上の流体の吸込みを防止することができ、効率低下を抑制し、かつエロージョンを減らすことができる。また、真空発生装置を必要な状態で運転するため、真空発生装置の動力を削減することができ、経済性にも優れている。
【００２２】
（第５の実施の形態）
本実施形態による蒸気タービン水滴除去装置の構成を図６に示す。この図は、最終段静翼と、最終段静翼より上流段落の静翼で、スリット状の吸込開口２ａおよび２ｂを穿設しており、内部にノズル内輪４およびノズル外輪４に連通する中空部１を形成するとともに、前記中空部１と配管８が連通され、各段落の中空部１はそれぞれに配管により連通され、真空発生装置に接続される構造を特徴としている。また、最終段静翼より上流段落の静翼は複数あっても良い。
【００２３】
各段落の中空部に接続された配管には、下流段落の配管との合流前と後の配管差圧を調節する手段１４と、合流前の配管圧力を検知する手段１２とを備え、その圧力信号とタービン出力信号とによって合流前後の配管差圧を制御する手段１６を備えたことを特徴としている。図６では、配管差圧を調節する手段を、配管差圧を調節するバルブ１８としている。
【００２４】
蒸気タービンの運転状態において、最終段落以外の上流段落で水滴が発生する場合がある。特に、原子力タービンでは、定格運転条件でも最終段落以外で数段落上流側で水滴が発生する。そのため、最終段落以外でも動翼のエロージョンが進行する問題がある。本実施形態の水滴除去装置により、最終段落と同様に上流段落の水滴除去が可能となる。しかし、最終段落に比べ上流段落は、圧力が高いため、最終段落のスリット差圧よりも上流段落のスリット差圧の方が大きくなる。上流段落で必要以上の流体が吸込まれ効率低下となることを防止するため配管差圧を調節する機構を備えている。これにより、上流段落のスリット差圧を調節することができ、効率低下を防止しつつ、動翼のエロージョンの進行を抑制することができる。また、タービンの運転状態において、上流段落でどの程度、水滴が発生しているかを予測しておき、タービン運転状態を示すタービン出力と、配管差圧を調節するための配管圧力からバルブの開度制御により適切なスリット差圧を保つことができる。これにより、タービンのどの運転状態においても常に適切なスリット差圧を保つことができ、効率低下を防止しつつ、動翼のエロージョンの進行を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図
【図４】本発明の第４の実施形態示す図
【図５】本発明の第５の実施形態の制御方法を示す図
【図６】本発明の第５の実施形態を示す図
【図７】従来の蒸気タービンの水滴除去装置を示す図
【図８】タービン出力と復水器真空度、およびタービン出力とスリット差圧との関係を示す図
【符号の説明】
【００２６】
１ ・・・ノズル
２ ・・・吸込開口
２ａ・・・腹面の吸込開口
２ｂ・・・背面の吸込開口
３ ・・・ノズル内輪
４ ・・・ノズル外輪
４ａ・・・ノズル外輪の中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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