(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均一径寸法の筒状をした湿分分離装置本体の内部における、入側と出側に平行部を形成し、中間部に小径平行部を形成し、入側の平行部と小径平行部との間に漸縮部を形成し、小径平行部と出側の平行部との間に漸拡部を形成して、入側の平行部に旋回流発生部を設け、少くとも中間の小径平行部に湿分分離部を設け、出側の平行部に軸方向流変換部を設けたことを特徴とする湿分分離装置。
【請求項２】
湿分分離装置本体中間の湿分分離部に、多数の水抜孔を形成した請求項１記載の湿分分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿分分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電プラントなどでは、高圧タービンの排気側に設置された低圧タービン内の湿り度を減らすことによって、水分による低圧タービンやその後段にある加熱器周りのエロージョンを軽減すると共にプラント性能の向上を図るために、従来から高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分分離装置が設けられている。
【０００３】
一般的な湿分分離装置は、図３・図４に示すように、蒸気などのガス１が流れる均一径寸法の筒状をした流路２の途中に、旋回流３を発生させるための旋回ノズル４を配置し、旋回ノズル４の出側に、旋回流３の遠心力によって流路２の壁面に集められたガス１中の湿分５をリング状のスリット６から分離捕集させるようにしたドレンキャッチャー７を形成し、ドレンキャッチャー７の出側に旋回流３を軸方向流８に変換するための出口案内翼９を配置した構造を有している。
【０００４】
このような湿分分離装置で、ガス１中に含まれる湿分５の分離能力を高めるようにするためには、入側の旋回ノズル４における流出角１０を大きくしてガス１により大きな旋回力を発生させれば良いことになるが、流路２は通常、入側から出側まで均一径寸法に形成されているため、旋回ノズル４の流出角１０に対応させて出口案内翼９の流入角１１も大きくしなければ、旋回流３を軸方向流８に変換できないこととなる。
【０００５】
ところが、出口案内翼９の流入角１１を大きくすると、流路２の圧力損失が大きくなってしまうため、出口案内翼９側からの制限により、旋回ノズル４の流出角１０を余り大きく設定することができず、得られる湿分分離能力には限界がある。そこで、図５に示すように、旋回ノズルの流出角を大きく設定しても、出口案内翼の流入角を小さく抑えることができる構造の湿分分離装置が開発された。
【０００６】
即ち、入側に平行部１２を有し、中間部に漸拡部１３を有し、出側に漸縮部１４を有する流路状をした湿分分離装置本体１５を形成する。
【０００７】
尚、平行部１２の入口部と、漸縮部１４の出口部は、互いに同一の径寸法Ｄとなるようにする。
【０００８】
湿分分離装置本体１５の軸心部に、湿分分離装置本体１５の形状に合せて、入側が平行形状をし、中間部が漸拡形状をし、出側が漸縮形状をした一体物の翼支持用コーン１６を配設する。
【０００９】
そして、前記平行部１２と翼支持用コーン１６との間に、三次元翼形状をした旋回ノズル１７（旋回流発生部）を設ける。
【００１０】
前記漸拡部１３の外周に、水受用外筒１８と、水受用外筒１８に連通するドレン流路１９とを設け、更に、漸拡部１３における比較的広い範囲２０の部分に多数の水抜孔２１を設けて、湿分分離部２２を形成する。
【００１１】
水抜孔２１は、円形や長円形など、どのような形状であっても良い。
【００１２】
前記漸縮部１４と翼支持用コーン１６との間に、三次元翼形状をした出口案内翼２３（軸方向流変換部）を設ける。
【００１３】
尚、２４は蒸気などのガス、２５は湿分分離部２２に形成される水膜、２６は湿分分離部２２から外部へ排出される水、２７は旋回ノズル１７の流出角、２８は出口案内翼２３の流入角である。
【００１４】
斯かる構成によれば、図示しない高圧タービンから出た蒸気などのガス２４は、図示しない配管を軸方向に流れ、湿分分離装置本体１５へ入る。
【００１５】
そして、湿分分離装置本体１５へ入ったガス２４は、先ず、旋回ノズル１７によって旋回流に変換され、含有する湿分を遠心分離される。
【００１６】
遠心分離された湿分は、水膜２５となって漸拡部１３の内壁面に沿い下流側へ進み、漸拡部１３に形成された多数の水抜孔２１から水受用外筒１８内へ取出され、ドレン流路１９を介して水２６として外部へ排出される。
【００１７】
その後、湿分を分離されたガス２４は、漸縮部１４で絞られつつ、出口案内翼２３によって軸方向流に変換され、図示しない配管を介して低圧タービンなどへ送給される。
【００１８】
この際、旋回ノズル１７の出側を漸拡部１３としたので、旋回ノズル１７で発生された旋回流は、旋回半径が大きくなるに従って、徐々に旋回速度が低下されるため、旋回ノズル１７の流出角２７に比べて出口案内翼２３の流入角２８を小さくしても、支障なく旋回流を軸方向流へ変換することができるようになる。
【００１９】
従って、旋回ノズル１７の流出角２７を大きくしても、湿分分離装置本体１５の圧力損失が大きくならなくて済むようになり、湿分分離能力を従来の限界以上に上げることが可能となる。
【００２０】
又、漸拡部１３における比較的広い範囲２０の部分に多数の水抜孔２１を設けることにより、水膜２５を捕集し得る範囲２０が広くなるので、安定且つ確実に湿分除去を行わせることができる。
【００２１】
特に、漸拡部１３の下流側で旋回流の旋回速度が低下されるが、このような場合でも、多数の水抜孔２１によって支障なく湿分除去を行わせることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記湿分分離装置では、湿分分離装置本体１５に漸拡部１３を設けて、下流側へ進むに従い徐々にガス２４の旋回速度が低下されるようにしていたので、高い湿分分離性能が得られる反面、湿分分離装置本体１５が大型となるという問題があった。
【００２３】
本発明は、上述の実情に鑑み、より小型で高い湿分分離性能を確保し得るようにした湿分分離装置を提供することを目的とするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、均一径寸法の筒状をした湿分分離装置本体の内部における、入側と出側に平行部を形成し、中間部に小径平行部を形成し、入側の平行部と小径平行部との間に漸縮部を形成し、小径平行部と出側の平行部との間に漸拡部を形成して、入側の平行部に旋回流発生部を設け、少くとも中間の小径平行部に湿分分離部を設け、出側の平行部に軸方向流変換部を設けたことを特徴とする湿分分離装置にかかるものである。
【００２５】
この場合において、湿分分離装置本体中間の湿分分離部に、多数の水抜孔を形成しても良い。
【００２６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２７】
湿分分離装置本体へ入ったガスは、先ず、旋回流発生部によって旋回流に変換され、含有する湿分を遠心分離される。
【００２８】
遠心分離された湿分は、水膜となって漸縮部及び小径平行部並びに漸拡部の内壁面に沿い下流側へ進み、小径平行部に形成された多数の水抜孔から外部へ排出される。
【００２９】
その後、湿分を分離されたガスは、漸拡部で旋回半径を拡げられつつ、軸方向流変換部によって軸方向流に変換される。
【００３０】
この際、本発明では、旋回流発生部の出側に漸縮部及び小径平行部を形成して流路を絞るようにしたので、旋回流発生部で発生された旋回流は、旋回半径が小さくなるに従って、徐々に旋回速度が増加され、その分遠心力が大きくなることから、湿分分離性能が向上する。
【００３１】
従って、旋回流発生部の流出角を小さくしても、小径平行部などで旋回流を増速させて高い湿分分離性能を確保することが可能となる。
【００３２】
又、小径平行部で増速された旋回流は、前記したように、漸拡部で拡げられて減速された後、軸方向流変換部によって軸方向流に変換されるが、出側の平行部を入側の平行部と同径に戻すことにより、軸方向流変換部の流入角を、前述のように小さく設定された旋回流発生部の流出角と同じ角度にして、湿分分離装置本体の圧力損失の増大を防ぐようにすることができる。
【００３３】
更に、漸縮部及び小径平行部並び漸拡部における、少くとも平行部の部分に多数の水抜孔を設けることにより、水膜を捕集し得る範囲が広くなるので、安定且つ確実に湿分除去を行わせることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態の一例である。
【００３６】
均一径寸法の筒状をした湿分分離装置本体２９を設け、湿分分離装置本体２９の内部における、入側と出側に平行部３０，３１を形成し、中間部に小径平行部３２を形成し、入側の平行部３０と小径平行部３２との間に漸縮部３３を形成し、小径平行部３２と出側の平行部３０との間に漸拡部３４を形成する。
【００３７】
湿分分離装置本体２９入側の平行部３０と漸縮部３３の軸心部に、これらの形状に合せて、入側が平行形状をし、中間部が漸縮形状をした短い分離型の翼支持用コーン３５を配設する。
【００３８】
そして、前記入側の平行部３０と翼支持用コーン３５との間に、三次元翼形状又は二次元翼形状をした旋回ノズル３６を設けて、旋回流発生部３７を形成する。
【００３９】
次に、前記湿分分離装置本体２９と、漸縮部３３及び小径平行部３２並びに漸拡部３４との間に形成される水受用空間３８にドレン３９を排出するためのドレン排出口４０を接続し、更に、漸縮部３３から小径平行部３２及び漸拡部３４にかけての、平行部１２の径寸法の０．５倍以上２倍程度以下の長さに及ぶ範囲４１の部分に多数の水抜孔４２を設けて、湿分分離部４３を形成する。
【００４０】
水抜孔４２は、円形や長円形など、どのような形状であっても良い。
【００４１】
又、湿分分離装置本体２９の漸拡部３４と出側の平行部３１との軸心部に、入側が漸拡部３４に対応する漸拡形状をし、出側が漸縮形状をした短い分離型の翼支持用コーン４４を配設する。
【００４２】
前記出側の平行部３１と翼支持用コーン４４との間に、三次元翼形状をした出口案内翼４５を設け、軸方向流変換部４６を構成する。
【００４３】
又、必要に応じて、翼支持用コーン４４に、漸拡形状部分から漸縮形状部分へと抜ける剥離防止用貫通孔４７を形成する。
【００４４】
尚、４８は蒸気などのガス、５２は湿分分離部４３に形成される水膜、５０は旋回ノズル３６の流出角、５１は出口案内翼４５の流入角である。
【００４５】
次に、作動について説明する。
【００４６】
図示しない高圧タービンから出た蒸気などのガス４８は、図示しない配管を軸方向に流れ、均一径寸法の筒状をした湿分分離装置本体２９へ入る。
【００４７】
そして、湿分分離装置本体２９へ入ったガス４８は、先ず、旋回ノズル３６によって旋回流に変換され、含有する湿分を遠心分離される。
【００４８】
遠心分離された湿分は、水膜５２となって漸縮部３３及び小径平行部３２並びに漸拡部３４の内壁面に沿い下流側へ進み、漸縮部３３から小径平行部３２及びに漸拡部３４にかけて形成された多数の水抜孔４２から水受用空間３８内へ取出され、ドレン排出口４０を介してドレン３９として外部へ排出される。
【００４９】
その後、湿分を分離されたガス４８は、漸拡部３４で旋回半径を拡げられつつ、出口案内翼４５によって軸方向流に変換され、図示しない配管を介して低圧タービンなどへ送給される。
【００５０】
この際、本発明では、旋回ノズル３６の出側に漸縮部３３及び小径平行部３２を形成して流路を絞るようにしたので、旋回ノズル３６で発生された旋回流は、旋回半径が小さくなるに従って、徐々に旋回速度が増加され、その分遠心力が大きくなることから、湿分分離性能が向上する。
【００５１】
即ち、小径平行部３２には軸心部に翼支持用コーン３５や翼支持用コーン４４などが設けられていないため、小径平行部３２における旋回流は自由渦流れとなる。そこで、入側の平行部３０における旋回流の代表径をｒ1、小径平行部３２における旋回流の代表径をｒ2、入側の平行部３０におけるガス４８の旋回速度をｃ1、小径平行部３２におけるガス４８の旋回速度をｃ2とすると、旋回速度ｃ2は、ｃ1に対して旋回流の代表径の比に相当する大きさ、つまり、ｃ2＝ｃ1＊ｒ1／ｒ2となる。そして、小径平行部３２の湿分粒子に作用する遠心力は、ｃ1に対してｒ1／ｒ2倍と大きくなったｃ2の２乗に比例するので、結果として、図３の場合の約１０倍程度の湿分分離性能が得られるようになる。
【００５２】
以上により、旋回ノズル３６の流出角５０を小さくしても、小径平行部３２などで旋回流を増速させて高い湿分分離性能を確保することが可能となる。
【００５３】
又、小径平行部３２で増速された旋回流は、前記したように、漸拡部３４で拡げられて減速された後、出口案内翼４５によって軸方向流に変換されるが、出側の平行部３１を入側の平行部３０と同径に戻すことにより、出口案内翼４５の流入角５１を、前述のように小さく設定された旋回ノズル３６の流出角５０と同じ角度にして、湿分分離装置本体２９の圧力損失の増大を防ぐようにすることができる。
【００５４】
この際、出側の翼支持用コーン４４に沿って流れる旋回流は減速流となるため、翼支持用コーン４４出側の漸縮形状の部分に流れの剥離が生じるおそれがある場合には、翼支持用コーン４４に入出側間を貫通する剥離防止用貫通孔４７を形成して、剥離防止用貫通孔４７からガス４８の一部をバイパスさせ、翼支持用コーン４４出側の漸縮形状の部分に噴出させることにより、この部分における流れの剥離を抑制するようにすることもできる。
【００５５】
又、漸縮部３３及び小径平行部３２並び漸拡部３４における、平行部３０の径寸法の０．５倍以上２倍程度以下の長さに及ぶ範囲４１の部分に多数の水抜孔４２を設けることにより、水膜５２を捕集し得る範囲４１が広くなるので、安定且つ確実に湿分除去を行わせることができる。
【００５６】
しかも、入側から出側までが均一径寸法の筒状をした湿分分離装置本体２９の内部に装置を納めるようにしているので、全体としてのまとまりを良くし小型化することが可能であり、図２に示すように、湿分分離装置本体２９を複数束ねて効率の向上を図ることが容易にできるようになる。
【００５７】
更に、本発明では、入側の平行部３０を絞って小径平行部３２へとつなげるに際して、入側の平行部３０における翼支持用コーン３５を相対的に大径化するようにすると、旋回ノズル３６の半径方向の長さ寸法が短くなるので、旋回ノズル３６が三次元翼形状であっても二次元翼形状であってもさほど効果に違いが出なくなるため、旋回ノズル３６を二次元翼形状としてコストダウンを図ることも可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の湿分分離装置によれば、より小型で高い湿分分離性能を確保することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の概略側方断面図である。
【図２】図１の適用例を示す正面から見た概略断面図である。
【図３】従来例の概略側方断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】他の従来例の概略側方断面図である。
【符号の説明】
２９  湿分分離装置本体
３０，３１    平行部
３２  小径平行部
３３  漸縮部
３４  漸拡部
３７  旋回流発生部
４２  水抜孔
４３  湿分分離部
４６  軸方向流変換部
【図１】
0003991125.tif 000002
【図２】
0003991125.tif 000003
【図３】
0003991125.tif 000004
【図４】
0003991125.tif 000005
【図５】
0003991125.tif 000006