湿分分离单元及蒸汽涡轮设备的制作方法

本发明涉及湿分分离单元及蒸汽涡轮设备。

背景技术：

在原子能发电设备中，将由蒸汽产生器生成的蒸汽向蒸汽涡轮传送，使蒸汽涡轮旋转。通过蒸汽涡轮的旋转，来驱动与蒸汽涡轮连接的发电机，进行发电。蒸汽涡轮的旋转所使用的蒸汽由凝汽器冷却而成为冷凝水。该冷凝水由低压供水加热器或高压供水加热器等加热之后，返回至蒸汽产生器。

例如蒸汽涡轮具备高压涡轮和低压涡轮。在蒸汽产生器生成的蒸汽首先向高压涡轮传送，使高压涡轮旋转。高压涡轮的旋转中使用过的蒸汽经由配管向湿分分离器传送，将湿分除去。然后，除去了湿分的蒸汽经由配管向低压涡轮传送，使低压涡轮旋转。

将湿分分离器与低压涡轮连接的配管例如从湿分分离器的上方延伸出(参照专利文献1)。该配管从湿分分离器的上方朝向水平方向弯折之后，再弯折多次而与低压涡轮连接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3944227号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在原子能发电设备中，要求配管等的压力损失少且设备效率高的结构。然而，在使低压涡轮入口压力比以往下降而以湿分分离加热器的性能提高为目标的情况下，为了使入口压力下降而扩大配管的直径，从而存在配管大型化而处理变得困难的课题。

本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种降低配管的大型化、多个弯折部处的蒸汽的压力损失，能够实现设备效率提高的湿分分离单元及蒸汽涡轮设备。

用于解决课题的方案

本发明的湿分分离单元具备：筒状的湿分分离器，从由高压涡轮排出的蒸汽中除去湿分；第一配管，与所述湿分分离器的轴线方向的端部侧连接，将来自所述高压涡轮的蒸汽向所述湿分分离器导入；及第二配管，从所述湿分分离器沿水平方向延伸出，将通过了所述湿分分离器的所述蒸汽向配置在与所述高压涡轮相同的轴上的低压涡轮传送。

因此，第二配管从湿分分离器沿水平方向延伸出，因此不需要将第二配管沿水平方向重新弯曲。因此，与第二配管从湿分分离器向例如上方等延伸出的结构相比，能够减少第二配管中的弯折部分的数目。由此，能够减少配管整体的大型化、多个弯折部分的压力损失，能够实现设备效率提高。

在本发明的湿分分离单元中，所述第二配管从所述湿分分离器的侧面部分中的所述水平方向的端部延伸出。

因此，第二配管从湿分分离器的侧面部分中的水平方向的端部延伸出，因此能够有效地配置第二配管。

在本发明的湿分分离单元中，所述第二配管沿着与所述轴线方向正交的方向延伸出。

因此，第二配管沿着与轴线方向正交的方向延伸出，因此能够有效地配置第二配管。

在本发明的湿分分离单元中，所述湿分分离器与所述高压涡轮并列配置，所述第二配管朝向与所述高压涡轮相反的方向延伸出。

因此，朝向与高压涡轮相反的一侧的方向延伸出的第二配管弯曲或弯折而连接于低压涡轮。由此，能够降低第二配管因热应力而变形时的影响。

在本发明的湿分分离单元中，所述第二配管具有向下方弯折的弯折部，从所述弯折部经由所述湿分分离器的下方侧而连接于所述低压涡轮的侧部或底部。

因此，第二配管向下方侧弯折，经由湿分分离器的下方侧而连接于低压涡轮的侧部或底部，因此能够有效地引导第二配管。而且，通过不将第二配管配置在低压涡轮的上方侧，从而容易地进行低压涡轮的吊起等的维修作业。

在本发明的湿分分离单元中，所述第二配管沿着所述湿分分离器的所述轴线方向并列配置多个。

因此，第二配管沿着湿分分离器的轴线方向并列配置多个，因此在低压涡轮设置多个的情况下，能够使第二配管与每个低压涡轮连接。

在本发明的湿分分离单元中，所述湿分分离器具有对所述蒸汽进行加热的加热部。

因此，湿分分离器具有对蒸汽进行加热的加热部，因此也能够适用于加压水型的设备。

本发明的蒸汽涡轮设备具备：高压涡轮；配置在与所述高压涡轮相同的轴上的低压涡轮；及配置在所述高压涡轮的侧方，从来自所述高压涡轮的蒸汽中除去湿分而向所述低压涡轮传送的上述的湿分分离单元。

发明效果

根据本发明，能够提供一种通过减少配管的弯折部分而可降低配管中的蒸汽的压力损失并实现设备效率提高的湿分分离单元及蒸汽涡轮设备。

附图说明

图1是表示本实施方式的原子能发电设备的概略结构图。

图2是表示蒸汽涡轮及湿分分离单元的配置的俯视图。

图3是表示蒸汽涡轮及湿分分离单元的配置的侧视图。

图4是表示低压湿分分离加热器的内部结构的图。

图5是表示沿着图4中的a-a截面的结构的图。

图6是表示变形例的湿分分离单元的一例的图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的湿分分离单元及蒸汽涡轮设备的实施方式。需要说明的是，没有通过该实施方式来限定本发明。而且，下述实施方式中的结构要素包括本领域技术人员能够且容易置换的要素或者实质上相同的要素。

图1是表示原子能发电设备100作为本实施方式的一例的概略结构图。原子能发电设备100具备原子反应堆收纳容器11和蒸汽涡轮19。在原子反应堆收纳容器11的内部收纳有原子反应堆12及蒸汽产生器13。作为原子反应堆12，例如使用加压水型原子反应堆(pwr：pressurizedwaterreactor)。原子反应堆12与蒸汽产生器13之间由配管14、15连接。在配管14设有加压器16。在配管15设有一次冷却水泵17。

在原子反应堆12中，使用轻水作为原子反应堆冷却材料(一次冷却水)及中子减速材料。在原子反应堆12中，利用作为燃料(原子燃料)的低浓缩铀或mox将一次冷却水加热。一次冷却水利用加压器16而维持成规定的高压，以成为高温高压水的状态，通过配管14而向蒸汽产生器13传送。在原子反应堆12中，为了抑制堆芯部的一次冷却水的沸腾，一次冷却系统控制成利用加压器16维持150～160气压左右的高压状态。在蒸汽产生器13中，在高温高压的一次冷却水与二次冷却水之间进行热交换，冷却后的一次冷却水通过配管15而返回至原子反应堆12。

蒸汽产生器13经由配管18而与蒸汽涡轮19连接。在配管18设有主蒸汽隔离阀20。蒸汽涡轮19具有高中压涡轮21和2个低压涡轮22、23。高中压涡轮21及低压涡轮22、23配置在同轴上。在蒸汽涡轮19上连接发电机24。发电机24连接在与高中压涡轮21及低压涡轮22、23相同的轴上。

高中压涡轮21具有高压涡轮部25和中压涡轮部26。在高压涡轮部25与中压涡轮部26之间设有高压湿分分离加热器27。而且，在高中压涡轮21(中压涡轮部26)与低压涡轮22、23之间设有低压湿分分离加热器(湿分分离器)28。

在高压涡轮部25的入口部连接上述配管18。在高压涡轮部25的出口部与高压湿分分离加热器27的入口部之间连接有蒸汽配管29。在高压湿分分离加热器27的出口部与中压涡轮部26的入口部之间连接有蒸汽配管30。在中压涡轮部26的出口部与低压湿分分离加热器28的入口部之间连接有蒸汽配管(第一配管)31。在低压湿分分离加热器28的出口部与低压涡轮22、23的各入口部之间连接有蒸汽配管(第二配管)32。这样，低压湿分分离加热器28与蒸汽配管31及蒸汽配管32连接。通过该低压湿分分离加热器28、蒸汽配管31、蒸汽配管32构成本实施方式的湿分分离单元28u。

在低压涡轮22、23的下方设有凝汽器33、34。凝汽器33、34利用冷却水对于由低压涡轮22、23使用了的蒸汽进行冷却而使其冷凝，从而形成冷凝水。作为该冷却水，例如使用海水。在凝汽器33、34连接有取水管35及排水管36。在取水管35设有循环水泵37。取水管35及排水管36的其他端部配置在海中。

另外，在凝汽器33、34连接有配管38。在配管38上，沿着冷凝水的流动方向依次设有凝汽泵39、接地电容器40、凝汽脱盐装置41、凝汽增压泵42、低压供水加热器43、44、45、46。低压供水加热器43、44设置在凝汽器33、34内。在低压供水加热器43、44中，利用由低压涡轮22、23使用了的蒸汽来将冷凝水加热。而且，低压供水加热器45、46设置在凝汽器33、34外。在第三低压供水加热器45中，利用从低压涡轮22、23抽取的蒸汽将冷凝水加热。在第四低压供水加热器46中，利用从中压涡轮部26排出的蒸汽将冷凝水加热。

另外，在配管38上，在比第四低压供水加热器46靠下游侧处沿着冷凝水的流动方向依次设有脱气器47、主供水泵48、高压供水加热器49、主供水控制阀50。

在上述结构的原子能发电设备100中，在蒸汽产生器13中，与高温高压的一次冷却水进行热交换而生成蒸汽。该蒸汽通过配管18向蒸汽涡轮19传送，使在高中压涡轮21及各低压涡轮22、23配置的未图示的动叶片旋转。利用该旋转力来驱动发电机24进行发电。

来自蒸汽产生器13的蒸汽在驱动了高压涡轮部25之后，利用高压湿分分离加热器27除去蒸汽中含有的湿分，在加热之后来驱动中压涡轮部26。而且，驱动了中压涡轮部26的蒸汽利用低压湿分分离加热器28除去蒸汽中含有的湿分，在加热之后来驱动各低压涡轮22、23。

驱动了低压涡轮22、23的蒸汽在凝汽器33、34中被冷却，而成为冷凝水。该冷凝水利用凝汽泵39而在配管38中流动，经由接地电容器40、凝汽脱盐装置41、低压供水加热器43、44、45、46、脱气器47、高压供水加热器49等而返回至蒸汽产生器13。

图2是表示蒸汽涡轮19及湿分分离单元28u的配置的俯视图。如图2所示，在涡轮房屋(未图示)配置有高中压涡轮21、低压涡轮22、23、发电机24、高压湿分分离加热器27(在图2中省略图示)、低压湿分分离加热器28。涡轮房屋由多层构成。在规定的地面55的中央部配置有地基56。在地基56上，高中压涡轮21、2个低压涡轮22、23、发电机24沿着旋转轴ax1配置在同轴上。以下，将旋转轴ax1的轴线方向标记为第一方向d1。

低压湿分分离加热器28从由高中压涡轮21排出的蒸汽中除去湿分而向低压涡轮22、23传送。低压湿分分离加热器28形成为例如圆筒状。低压湿分分离加热器28在俯视观察下配置于高中压涡轮21及低压涡轮22、23的两侧方。即，低压湿分分离加热器28相对于高中压涡轮21及低压涡轮22、23，在作为与水平面平行的方向且与第一方向d1正交的方向的第二方向d2的两侧各配置1个。这种情况下，第二方向d2包含于水平方向。低压湿分分离加热器28以使中心轴ax2与第一方向d1平行的方式配置。2个低压湿分分离加热器28与高中压涡轮21及低压涡轮22、23沿第二方向d2并列配置。需要说明的是，在本实施方式中，列举湿分分离单元28u以旋转轴ax1为中心而对称地形成的情况作为例子进行了说明，但是没有限定于此，也可以是不对称的结构。

蒸汽配管31与低压湿分分离加热器28中的第一方向d1的一方的端部28a侧连接。如后所述，在低压湿分分离加热器28中的第一方向d1的该端部28a侧配置有歧管室60的蒸汽导入部61(参照图4)。因此，通过将蒸汽配管31与端部28a侧连接而将来自蒸汽配管31的蒸汽向歧管室60导入。蒸汽配管31例如与低压湿分分离加热器28的端部28a连接。

图3是表示蒸汽涡轮19及湿分分离单元28u的配置的侧视图。如图3所示，蒸汽配管32从低压湿分分离加热器28沿第二方向d2延伸出。具体而言，蒸汽配管32从低压湿分分离加热器28的侧部中的第二方向d2的端部沿第二方向d2延伸出。蒸汽配管32例如由于设计误差等而也可以以相对于水平方向而向上下倾斜了±10°左右的状态配置。

蒸汽配管32从低压湿分分离加热器28朝向与低压涡轮22、23相反的一侧延伸出。从低压湿分分离加热器28延伸出的蒸汽配管32具有第一直线部32a、第一弯折部32b、第二直线部32c、第二弯折部32d、第三直线部32e。

第一直线部32a从低压湿分分离加热器28延伸出且与第二方向d2平行地配置。第一弯折部32b是从第一直线部32a向下方弯折的部分。第二直线部32c是从第一弯折部32b朝向下方延伸的部分。第二弯折部32d是从上方朝向低压涡轮22、23侧而向第二方向d2弯折的部分。第三直线部32e从第二弯折部32d与第二方向d2平行地延伸而连接于低压涡轮22、23。第三直线部32e配置在低压湿分分离加热器28的下方。因此，蒸汽配管32在低压湿分分离加热器28的下方通过而连接于低压涡轮22、23。

如上所述，蒸汽配管32以绕过低压湿分分离加热器28的方式弯折而连接于低压涡轮22、23。因此，能降低蒸汽配管32由于热应力而变形时的影响。而且，蒸汽配管32经由低压湿分分离加热器28的下方侧而连接于低压涡轮22、23。通过不将蒸汽配管32配置在低压涡轮22、23的上方侧，能够容易地进行低压涡轮22、23的吊起等维修作业。

另外，蒸汽配管32具有第一直线部32a及第三直线部32e作为与第二方向d2平行的部分。如图2所示，该第一直线部32a及第三直线部32e配置于在俯视观察下重叠的位置。这样，蒸汽配管32关于第一方向d1也能节省空间且有效地配置。

另外，如图2所示，蒸汽配管32沿第一方向d1并列配置多个。蒸汽配管32根据低压涡轮22、23的台数来设置。在本实施方式中，2根蒸汽配管32分别连接于低压涡轮22、23的各1台，但是没有限定于此。

图4是表示低压湿分分离加热器28的内部结构的图。图5是表示沿图4的a-a截面的结构的图。如图4及图5所示，低压湿分分离加热器28具有壳体51。壳体51具有主体躯干部52和闭塞部54。主体躯干部52形成为圆筒状。闭塞部54形成为将主体躯干部52中的第一方向d1的两端部闭塞的半球状。闭塞部54将主体躯干部52闭塞，由此壳体51的内部空间51a成为气密状态。

在壳体51内设有歧管室60和湿分分离加热室70。歧管室60与湿分分离加热室70之间由分隔板63、端板64、底板65分隔。在分隔板63形成有狭缝63a(参照图5)，歧管室60与湿分分离加热室70之间利用该狭缝63a来连通。

歧管室60具有蒸汽导入部61和蒸汽流通部62。蒸汽导入部61与蒸汽配管31连接，导入来自蒸汽配管31的蒸汽。蒸汽导入部61配置在低压湿分分离加热器28的端部28a侧。通过将蒸汽导入部61配置在端部28a侧，能够有效使用低压湿分分离加热器28内的空间。

蒸汽流通部62与蒸汽导入部61连接，使由蒸汽导入部61导入的蒸汽流通。蒸汽流通部62沿着主体躯干部52中的第一方向d1形成。而且，在主体躯干部52的下部设有将歧管室60的排泄物排出的排泄物排出口66。

湿分分离加热室70具有分离器71和加热管(加热部)72。分离器71以覆盖分隔板63中的形成有狭缝63a的区域的方式配置，将通过了狭缝63a的蒸汽中含有的湿分分离而向湿分分离加热室70内导入蒸汽。由分离器71分离后的湿分从底板65的下方经由排泄物排出口66排出。加热管72以沿第一方向d1延伸的状态配置多个。在各加热管72的内部流动有加热介质。加热管72将分离了湿分的蒸汽加热。

在壳体51的主体躯干部52设有将湿分分离加热室70内的蒸汽排出的排出口53。排出口53与蒸汽配管32连接，将通过了湿分分离加热室70的蒸汽向蒸汽配管32排出。排出口53沿第一方向d1并列配置多个，如图5所示，设置在主体躯干部52中的第二方向d2的端部。蒸汽配管32从排出口53沿第二方向d2延伸出。

需要说明的是，关于主体躯干部52中的排出口53的位置，没有限定为上述主体躯干部52中的第二方向d2的端部，也可以是其他的位置。例如，能够在主体躯干部52中的从相对于水平方向而向下方偏离了30°的位置p1至相对于水平方向而向上方偏离了60°的位置p2的范围内配置排出口53。

通过将排出口53配置在位置p1的上方，能够抑制由分离器71分离的排泄物等从排出口53的排出。这种情况下，例如，通过将排出口53配置在底板65的上方，能够更可靠地抑制排泄物等的排出。而且，通过将排出口53配置在位置p2的下方，能够抑制静区的形成，减轻吊起等作业时的作业者的负担。需要说明的是，即使在排出口53的位置相对于水平方向而向上下方向偏离的情况下，蒸汽配管32也沿第二方向d2延伸出。

在上述的低压湿分分离加热器28中，来自蒸汽配管31的蒸汽由歧管室60的蒸汽导入部61导入，向蒸汽流通部62流动。流动到蒸汽流通部62的蒸汽通过分隔板63的狭缝63a而向湿分分离加热室70流入。该蒸汽由分离器71除去湿分，由加热管72加热。加热后的蒸汽从排出口53排出，在蒸汽配管32中流动而使向低压涡轮22、23传送的蒸汽配管31、32的直径扩大。

如以上所述，根据本实施方式的湿分分离单元28u，蒸汽配管32从低压湿分分离加热器28沿水平方向延伸出，因此不需要将蒸汽配管32沿水平方向重新弯曲。因此，与蒸汽配管32从低压湿分分离加热器28向上方等延伸出的结构相比，能够减少蒸汽配管32的弯折部分的数目。由此，能够降低配管整体的大型化或多个弯折部的压力损失。

根据本实施方式的原子能发电设备100，通过扩大蒸汽配管31、32的直径而使低压涡轮22、23的入口压力下降，通过使蒸汽流速变慢而增加湿分分离的时间，实现湿分分离加热器的性能提高。而且，由于具备能够减少配管整体的压力损失的湿分分离单元28u，因此能够实现设备效率的提高。

本发明的技术范围没有限定为上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当施加变更。例如，在上述实施方式中，列举蒸汽配管31与第一方向d1平行地连接于低压湿分分离加热器28的端部28a的结构为例进行了说明，但是没有限定于此。

图6是表示变形例的湿分分离单元28u的图。例如图6所示，也可以是蒸汽配管31与低压湿分分离加热器28的侧面连接，即，相对于低压湿分分离加热器28而连接于第二方向d2的端部的结构。即使在这种情况下，蒸汽配管31也与低压湿分分离加热器28内的歧管室60的蒸汽导入部61连接。需要说明的是，蒸汽配管31也可以在相对于第一方向d1或第二方向d2倾斜的状态下连接于低压湿分分离加热器28。由此，根据高中压涡轮21与低压湿分分离加热器28的位置关系而能够大范围地选择蒸汽配管31的路径。

另外，在本实施方式中，列举作为蒸汽涡轮设备的一例的原子能发电设备100具有加压水型原子反应堆(pwr：pressurizedwaterreactor)作为原子反应堆12的结构为例进行了说明，但是没有限定于此。例如，原子能发电设备100也可以是具有沸腾水型原子反应堆(bwr：boilingwaterreactor)作为原子反应堆12的结构。这种情况下，作为在湿分分离单元28u中使用的湿分分离器，也可以是不设置加热管72的结构。

另外，在上述实施方式中，列举蒸汽配管32沿第二方向d2延伸出的结构为例进行了说明，但是没有限定于此，只要为水平方向即可，也可以是沿其他的方向延伸出的结构。例如，也可以是蒸汽配管32沿着相对于第一方向d1的正交方向而倾斜的方向延伸出的结构。

另外，在上述实施方式中，列举蒸汽配管32朝向与低压涡轮22、23相反的方向延伸出的结构为例进行了说明，但是没有限定于此。例如，也可以是蒸汽配管32朝向低压涡轮22、23侧而沿水平方向(第二方向d2)延伸出的结构。这种情况下，为了降低由热应力引起的影响，也可以使蒸汽配管32向上方或下方弯折之后连接于低压涡轮22、23。

另外，在上述实施方式中，列举蒸汽配管32从第一弯折部32b经由低压湿分分离加热器28的下方侧而连接于低压涡轮22、23的侧部的结构为例进行了说明，但是没有限定于此。例如，也可以是蒸汽配管32经由低压湿分分离加热器28的上方侧或侧方侧而连接于低压涡轮22、23的结构。而且，没有限定为蒸汽配管32连接于低压涡轮22、23的侧部的结构，也可以是连接于低压涡轮23的底部的结构。

另外，在上述实施方式中，列举蒸汽配管32沿第一方向d1并列配置多个的结构为例进行了说明，但是没有限定于此。例如，在低压湿分分离加热器28设置的蒸汽配管32的根数也可以为1根。这种情况下，也可以是将1根蒸汽配管32分支的结构。而且，即使在设置多个蒸汽配管32的情况下，也可以是将至少1根蒸汽配管32分支的结构。

标号说明

d1第一方向

d2第二方向

p1、p2位置(蒸汽配管)

ax1旋转轴(涡轮)

ax2中心轴(湿分分离加热器)

11原子反应堆收纳容器

12原子反应堆

13蒸汽产生器

14、15、18、38配管

16加压器

17一次冷却水泵

19蒸汽涡轮

20主蒸汽隔离阀

21高中压涡轮

22、23低压涡轮

24发电机

25高压涡轮部

26中压涡轮部

27高压湿分分离加热器

28低压湿分分离加热器

28u湿分分离单元

28a端部

29、30、31、32蒸汽配管

32a第一直线部

32b第一弯折部

32c第二直线部

32d第二弯折部

32e第三直线部

33、34凝汽器

35取水管

36排水管

37循环水泵

39凝汽泵

40接地电容器

41凝汽脱盐装置

42凝汽增压泵

43、44、45、46低压供水加热器

47脱气器

48主供水泵

49高压供水加热器

50主供水控制阀

51壳体

51a内部空间

52主体躯干部

53排出口

54闭塞部

55地面

56基台

60歧管室

61蒸汽导入部

62蒸汽流通部

63分隔板

63a狭缝

64端板

65底板

66排泄物排出口

70湿分分离加热室

71分离器

72加热管

100原子能发电设备。