JPH0115681B2 - - Google Patents
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- JPH0115681B2 JPH0115681B2 JP23021982A JP23021982A JPH0115681B2 JP H0115681 B2 JPH0115681 B2 JP H0115681B2 JP 23021982 A JP23021982 A JP 23021982A JP 23021982 A JP23021982 A JP 23021982A JP H0115681 B2 JPH0115681 B2 JP H0115681B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
- F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は二相流タービンの回転分離ドラムを設
けた同一のロータに蒸気タービンを組み込んだト
ータルフロータービン装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a total flow turbine system in which a steam turbine is incorporated in the same rotor provided with a rotating separation drum of a two-phase flow turbine.
地熱発電のために地下より取出された高温高圧
の熱水または二相流は、回転分離式二相流タービ
ンの二相流ノズルで膨張させることにより、高速
二相流を形成した後、その高速二相流を回転分離
ドラムに吹きつけることにより、その高速二相流
の持つ熱エネルギーが回転分離ドラムを回転運動
させる動力に変換させることができることは、反
動タービンに関する特開昭56−154102号の発明等
により公知である。 High-temperature, high-pressure hot water or two-phase flow extracted from underground for geothermal power generation is expanded in a two-phase flow nozzle of a rotary separation type two-phase flow turbine to form a high-speed two-phase flow. The fact that by blowing a two-phase flow onto a rotating separation drum, the thermal energy of the high-speed two-phase flow can be converted into power that rotates the rotational separation drum is disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 154102/1983 regarding a reaction turbine. It is publicly known due to invention etc.
即ち、回転分離ドラムは高速回転しており、二
相流ノズルから出た高速二相流は遠心分離され、
熱水は回転分離ドラム内に回転液面を作り、高速
二相流が直接回転分離ドラムに当るのを防止する
と共に、回転分離ドラムの回転運動動力として伝
達される。 That is, the rotating separation drum is rotating at high speed, and the high-speed two-phase flow coming out of the two-phase flow nozzle is centrifugally separated.
The hot water creates a rotating liquid level in the rotating separation drum, which prevents the high-speed two-phase flow from directly impinging on the rotating separation drum, and is transmitted as the rotational motion power of the rotating separation drum.
一方、遠心分離された蒸気は別置された蒸気タ
ービンを駆動して、その熱エネルギーを運動エネ
ルギーに変換するようになつている。 On the other hand, the centrifuged steam drives a separate steam turbine to convert its thermal energy into kinetic energy.
また、回転分離ドラムの回転液面は、その熱水
の粘性抵抗で回転分離ドラムに動力を伝達すると
共に、その回転液面内に開口するデイフユーザを
設ければ、デイフユーザが回転液面内の熱水を吸
い取る作用をすることにより、デイフユーザによ
り、動圧を静圧に変換して昇圧し熱水を送り出す
ポンプ動力ともなることが知られている。 In addition, the rotating liquid level of the rotating separating drum transmits power to the rotating separating drum through the viscous resistance of the hot water, and if a diff user is provided that opens into the rotating liquid level, the diff user can absorb the heat in the rotating liquid level. It is known that by acting to absorb water, the differential user converts dynamic pressure into static pressure, increases the pressure, and serves as a pump power for pumping out hot water.
しかしながら、第１図に示すごとく、従来の回
転分離式の二相流タービン１は、二相流WSから
分離された蒸気Ｓの潜熱を利用する機能を持た
ず、二相流ノズルで膨張され回転分離ドラムで分
離された蒸気Ｓを別置された蒸気タービン２に供
給する方式を取つており、独立した２種類のター
ビンを必要とし、タービン本体のみならず、その
給油装置などの補機も２種類必要であり、コスト
高になるという欠点があり、更にそれらの制御も
複雑になるという欠点がある。 However, as shown in Fig. 1, the conventional rotary separation type two-phase flow turbine 1 does not have the function of utilizing the latent heat of the steam S separated from the two-phase flow WS, and is expanded by the two-phase flow nozzle and rotated. A method is adopted in which the steam S separated by a separation drum is supplied to a separately placed steam turbine 2, and two types of independent turbines are required. There are disadvantages in that different types are required and the cost is high, and furthermore, their control is complicated.
なお、第１図で３で示すのは発電機で、４で示
すのは復水器、そしてＷは熱水を示している。 In Fig. 1, 3 indicates a generator, 4 indicates a condenser, and W indicates hot water.
そこで本発明は、前記従来の欠点を解消するた
めになされたものであり、回転分離ドラムの外周
に蒸気タービンの翼を設けることにより、二相流
ノズル出口の二相流速度及び蒸気ノズル出口の蒸
気速度の各々の回転方向角速度を同一にすること
ができることに着目し、従来の二相流タービンと
蒸気タービンとを一体化してその熱サイクル効率
の向上をはかると共に、コンパクトで全体コスト
の安いトータルフロータービン装置を提供するこ
とを目的としたものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and by providing steam turbine blades on the outer periphery of the rotating separation drum, the two-phase flow velocity at the two-phase flow nozzle outlet and the two-phase flow velocity at the steam nozzle outlet are improved. Focusing on the fact that the angular velocity in each rotational direction of the steam velocity can be made the same, we have integrated a conventional two-phase flow turbine and a steam turbine to improve their thermal cycle efficiency, and have created a compact and low-cost total system. The object is to provide a flow turbine device.
即ち本発明のトータルフロータービン装置は、
熱水または二相流を二相流ノズルから膨張させて
高速二相流を形成し、その高速二相流をロータに
設けた回転分離ドラムにて蒸気と熱水とに分離さ
せる二相流タービンにおいて、分離された蒸気の
熱エネルギーを該回転分離ドラムの外周に設けら
れた蒸気タービンにより動力に変換可能とすると
共に、分離された熱水の熱エネルギーをその熱水
が該回転分離ドラムからデイフユーザ部経由排出
される際に動力に変換可能としたことを特徴とし
たものである。 That is, the total flow turbine device of the present invention is
A two-phase flow turbine that expands hot water or two-phase flow from a two-phase flow nozzle to form a high-speed two-phase flow, and separates the high-speed two-phase flow into steam and hot water in a rotating separation drum installed in the rotor. The thermal energy of the separated steam can be converted into power by a steam turbine provided on the outer periphery of the rotary separation drum, and the thermal energy of the separated hot water is transferred from the rotary separation drum to a diffuser. It is characterized by the fact that it can be converted into power when it is discharged through the pipe.
以下図面を参照して本発明の実施例を説明する
が、第２図は本発明の実施例１におけるトータル
フロータービン装置の概略側断面図であり、第３
図は第２図の系統図であり、第１図と同じ部品は
同じ部品番号で示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic side sectional view of a total flow turbine device in Embodiment 1 of the present invention, and FIG.
The diagram is a system diagram of FIG. 2, and the same parts as in FIG. 1 are indicated by the same part numbers.
まず、このトータルフロータービン５には、第
２図に示すごとく圧力P1の高圧の熱水または二
相流WSが入り、二相流ノズル６から圧力P2に膨
張されて高速二相流を形成し、その高速二相流が
軸受７により支持された回転軸８に固設されたロ
ータ９の外周に設けられた回転分離ドラム１０に
て、蒸気Ｓと熱水Ｗとに気水分離されるようにな
つている。 First, as shown in Fig. 2, high-pressure hot water or two-phase flow WS enters the total flow turbine 5 at a pressure of P1 , and is expanded from the two-phase flow nozzle 6 to a pressure of P2 to produce a high-speed two-phase flow. The high-speed two-phase flow is separated into steam S and hot water W by a rotating separation drum 10 provided on the outer periphery of a rotor 9 fixed to a rotating shaft 8 supported by a bearing 7. It is becoming more and more like this.
そして、上記のごとく分離された熱水Ｗは、こ
の回転分離ドラム１０により減速されてロータ９
の軸動力E2に変換される。 The hot water W separated as described above is decelerated by this rotating separation drum 10 and transferred to the rotor 9.
The shaft power of E is converted to 2 .
なおこの場合、二相流ノズル６出口の二相流速
度をＶとし、回転分離ドラム１０の周束を1/2Ｖ
に設定したときに最大軸動力E2が得られる。 In this case, the two-phase flow velocity at the outlet of the two-phase flow nozzle 6 is set to V, and the circumferential flux of the rotating separation drum 10 is set to 1/2V.
Maximum shaft power E 2 can be obtained when set to .
さらに、その回転分離ドラム１０内の熱水Ｗ
は、その回転分離ドラム１０内に端部を開口した
デイフユーザ１１により、その動圧が高い圧力の
静圧に変換される。即ち、デイフユーザ入口での
熱水のもつていた動圧エネルギE3はこれに相当
する静圧としてデイフユーザにより外部に取出さ
れる。 Furthermore, the hot water W in the rotating separation drum 10
The dynamic pressure is converted into a high static pressure by the diffuser 11 having an open end inside the rotating separation drum 10. That is, the dynamic pressure energy E3 possessed by the hot water at the entrance of the diff user is extracted to the outside by the diff user as static pressure corresponding to the dynamic pressure energy E3.
つまり、回転分離ドラム１０内の熱水Ｗは、前
述の運転状態のとき、1/2Ｖの速度エネルギ
（E3）をもつているから、これをデイフユーザ１
１によりすくい取つて、即ちデイフユーザにより
動圧を静圧に変換することにより、高い圧力の静
圧を得ることができることになる。 In other words, since the hot water W in the rotating separation drum 10 has a velocity energy (E 3 ) of 1/2V in the above-mentioned operating state, this is transferred to the differential user 1.
1, that is, by converting dynamic pressure into static pressure using a diff user, a high static pressure can be obtained.
一方、回転分離ドラム１０にて気水分離された
蒸気Ｓは、その回転分離ドラム１０の外周に設け
られた蒸気タービン１２のノズル１２Ａ及び回転
羽根１２Ｂ部分で圧力P3に膨張し、その熱エネ
ルギーは軸動力E1に変換され、回転分離ドラム
１０と同一の回転軸８の軸動力となる。 On the other hand, the steam S separated into steam and water by the rotary separation drum 10 is expanded to a pressure P 3 at the nozzle 12A and rotary blade 12B portion of the steam turbine 12 provided on the outer periphery of the rotary separation drum 10, and its thermal energy is is converted into shaft power E1 , which becomes the shaft power of the rotating shaft 8, which is the same as that of the rotary separation drum 10.
このことは、一般に蒸気タービン１２のノズル
１２Ａの出口蒸気の速度は、回転分離ドラム１０
の速度よりも高速であるから、蒸気タービン１２
の回転羽根１２Ｂを回転分離ドラム１０の外周に
設置することにより、周方向の角速度を同一にで
きることに着目したものである。 This means that, in general, the velocity of the steam at the outlet of the nozzle 12A of the steam turbine 12 is
Since the speed of the steam turbine 12 is higher than the speed of
The present invention focuses on the fact that by installing the rotating blades 12B on the outer periphery of the rotating separation drum 10, the angular velocity in the circumferential direction can be made the same.
以上の構成からなる本発明のトータルフロータ
ービン５では、同一のロータ９に回転分離ドラム
１０と蒸気タービン１２とが組み込まれているの
で、第１図の従来例に示した二相流タービン１と
蒸気タービン２とが、第３図に示すごとく一体に
なつており、このトータルフロータービン５にお
いては、圧力P1の熱水または二相流WSの持つ熱
エネルギーはE1＋E2＋E3相当の動力に変換され
ることになる。 In the total flow turbine 5 of the present invention having the above configuration, the rotary separation drum 10 and the steam turbine 12 are incorporated in the same rotor 9, so that the two-phase flow turbine 1 shown in the conventional example in FIG. The steam turbine 2 is integrated with the steam turbine 2 as shown in FIG . It will be converted into power.
次に、第４図は本発明の実施例２におけるトー
タルフロータービン装置の概略側断面図であり、
第２図と同じ部品は同じ部品番号で示しており、
実施例１とほぼ同様の機能を有するものである
が、この実施例２では、ロータ９に設けられた回
転分離ドラム１０内の熱水Ｗの運動エネルギーを
デイフユーザ１１経由排出する際に、回転軸８の
外周に回転自在に設けられた回転軸１３に設けら
れたペルトン型の水車１４にて取り出すようにし
たものである。 Next, FIG. 4 is a schematic side sectional view of a total flow turbine device in Example 2 of the present invention,
The same parts as in Figure 2 are indicated by the same part numbers.
Although it has almost the same function as the first embodiment, in the second embodiment, when discharging the kinetic energy of the hot water W in the rotating separation drum 10 provided on the rotor 9 via the differential user 11, the rotating shaft A Pelton type water wheel 14 provided on a rotary shaft 13 rotatably provided on the outer periphery of the container 8 is used to take out the water.
この場合、回転分離ドラム１０は二相流ノズル
６出口の二相流速度Ｖとほぼ同じ周速で回転し、
水車１４は1/2Ｖで回転する時に最大の動力が得
られる。 In this case, the rotating separation drum 10 rotates at approximately the same circumferential speed as the two-phase flow velocity V at the outlet of the two-phase flow nozzle 6,
The maximum power is obtained when the water wheel 14 rotates at 1/2V.
ただし、1/2Ｖで回転する場合には、水車１４
の機能はなくなる。 However, when rotating at 1/2V, the water wheel 14
function will disappear.
水車１４の回転速度は、回転分離ドラム１０の
回転速度の約1/2であるので、水車１４と回転分
離ドラム１０の間には、約２倍の増速用の歯車装
置１５を用いることにより、ロータ９の回転軸８
と水車１４の回転軸１３とを一体にして回転する
ことができる。 Since the rotational speed of the waterwheel 14 is approximately 1/2 of the rotational speed of the rotary separation drum 10, a gear device 15 for speed increase of approximately twice the speed is used between the waterwheel 14 and the rotational separation drum 10. , rotation axis 8 of rotor 9
and the rotating shaft 13 of the water wheel 14 can be rotated together.
従つて、本発明のトータルフロータービン装置
は、高圧高温の熱水、または二相流体の膨張器、
気水分離装置、二相流タービン、蒸気タービンの
機能を併せ持つ画期的な単一のタービン装置であ
り、構造が簡単で、かつコンパクトであり、地熱
発電プラレトに採用した場合、そのプラントを簡
単にし、また熱サイクル効率も良いので、発電単
価を安くできるという効果がある。 Therefore, the total flow turbine device of the present invention includes a high-pressure and high-temperature hot water or two-phase fluid expander;
It is a revolutionary single turbine device that combines the functions of a steam-water separation device, a two-phase flow turbine, and a steam turbine.It has a simple and compact structure, and when adopted in a geothermal power generation plant, the plant can be easily constructed. It also has good heat cycle efficiency, so it has the effect of lowering the unit cost of power generation.
また、大半の地熱井は熱水卓越型であるが、本
発明のトータルフロータービンは、従来の蒸気タ
ービン方式とは異なり、熱水の持つ顕熱も利用す
ることができ、しかも蒸気タービンの機能も併せ
持つているので、蒸気潜熱をも利用できるので、
二相流ノズル出口圧を余り低圧にしなくても蒸気
タービン方式や、他の二相流タービンのみの方式
よりも効率が良く、還元井への温度を下げなくて
済み、スケール付着の防止になる。 In addition, most geothermal wells are hydrothermal-dominated type, but unlike conventional steam turbine systems, the total flow turbine of the present invention can also utilize the sensible heat of hot water. It also has the ability to utilize steam latent heat.
Even if the two-phase flow nozzle outlet pressure is not made too low, it is more efficient than the steam turbine method or other two-phase flow turbine-only methods, there is no need to lower the temperature to the reinjection well, and it prevents scale deposition. .
なお、本発明のトータルフロータービン装置は
地熱発電の分野において有効に適用することがで
きる。 Note that the total flow turbine device of the present invention can be effectively applied in the field of geothermal power generation.
第１図は従来の二相流タービンと蒸気タービン
を組合せて使用した発電装置の系統図、第２図は
本発明の実施例１におけるトータルフロータービ
ン装置の概略側断面図であり、第３図は第２図の
系統図、第４図は本発明の実施例２におけるトー
タルフロータービン装置の概略側断面図である。
１…二相流タービン、５…トータルフローター
ビン、６…二相流ノズル、９…ロータ、１０…回
転分離ドラム、１１…デイフユーザ、１２…蒸気
タービン、１２Ａ…ノズル、１２Ｂ…回転羽根、
１４…水車、WS…二相流、Ｓ…蒸気、Ｗ…熱
水。
FIG. 1 is a system diagram of a power generation device using a combination of a conventional two-phase flow turbine and a steam turbine, FIG. 2 is a schematic side sectional view of a total flow turbine device in Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a system diagram of FIG. 2, and FIG. 4 is a schematic side sectional view of a total flow turbine device according to a second embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Two-phase flow turbine, 5... Total flow turbine, 6... Two-phase flow nozzle, 9... Rotor, 10... Rotating separation drum, 11... Diffuser, 12... Steam turbine, 12A... Nozzle, 12B... Rotating vane,
14... Water turbine, WS... Two-phase flow, S... Steam, W... Hot water.
Claims (1)
せて高速二相流を形成し、その高速二相流をロー
タに設けた回転分離ドラムにて蒸気と熱水とに分
離させる二相流タービンにおいて、軸受により支
持された回転軸に固設したロータと、該ロータの
外周に設けられ、導入された熱媒体を蒸気と熱水
とに分離する回転分離ドラムと、該回転分離ドラ
ム内に端部が開口し、分離した熱水を外部に取出
すデイフユーザと、前記回転分離ドラムの外周に
設けられ、分離した蒸気のエネルギにより駆動さ
れる蒸気タービンとから成るトータルフローター
ビン装置。1 Two-phase flow in which hot water or two-phase flow is expanded from a two-phase flow nozzle to form a high-speed two-phase flow, and the high-speed two-phase flow is separated into steam and hot water by a rotating separation drum installed in a rotor. In a turbine, a rotor is fixed to a rotating shaft supported by a bearing, a rotating separation drum is provided around the outer periphery of the rotor and separates the introduced heat medium into steam and hot water, and a rotating separation drum is provided within the rotating separation drum. A total flow turbine device comprising a diffuser having an open end and extracting separated hot water to the outside, and a steam turbine provided on the outer periphery of the rotating separation drum and driven by the energy of the separated steam.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23021982A JPS59122702A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Total flow turbine device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23021982A JPS59122702A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Total flow turbine device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59122702A JPS59122702A (en) | 1984-07-16 |
| JPH0115681B2 true JPH0115681B2 (en) | 1989-03-20 |
Family
ID=16904419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23021982A Granted JPS59122702A (en) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | Total flow turbine device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59122702A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5385446A (en) * | 1992-05-05 | 1995-01-31 | Hays; Lance G. | Hybrid two-phase turbine |
| US5664420A (en) * | 1992-05-05 | 1997-09-09 | Biphase Energy Company | Multistage two-phase turbine |
| US5750040A (en) * | 1996-05-30 | 1998-05-12 | Biphase Energy Company | Three-phase rotary separator |
| US6090299A (en) * | 1996-05-30 | 2000-07-18 | Biphase Energy Company | Three-phase rotary separator |
| US5685691A (en) * | 1996-07-01 | 1997-11-11 | Biphase Energy Company | Movable inlet gas barrier for a free surface liquid scoop |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP23021982A patent/JPS59122702A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59122702A (en) | 1984-07-16 |
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