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蒸汽 原动机

阅读：70发布：2020-05-11

专利汇可以提供蒸汽原动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种不用进行汽轮机结构的大幅度的修改，而具备能够抑制紧急停止时产生的反方向推力的功能的蒸汽原动机。蒸汽原动机具备：通过蒸汽进行旋转驱动的容积型汽轮机；与容积型汽轮机连接的供气管及排气管；安装在供气管上的紧急截止阀。该蒸汽原动机具有：从排气管分支并和紧急截止阀与容积型汽轮机之间的供气管连接的排气回管；安装在排气回管上的第一止回阀；安装在从排气管分支的放气管上的电磁阀。由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，第一止回阀打开，蒸汽从排气管向紧急截止阀与容积型汽轮机之间的供气管返回。，下面是蒸汽原动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种蒸汽原动机，其特征在于，具备：
通过蒸汽进行旋转驱动的容积型汽轮机；
与所述容积型汽轮机连接的供气管及排气管；
安装在所述供气管上的紧急截止阀；
从所述排气管分支并和所述紧急截止阀与所述容积型汽轮机之间的所述供气管连接的排气回管；
安装在所述排气回管上的自动阀，
当由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，所述自动阀打开，蒸汽从所述排气管向所述紧急截止阀与所述容积型汽轮机之间的所述供气管返回。
2.根据权利要求1所述的蒸汽原动机，其特征在于，
所述自动阀为止回阀，
所述蒸汽原动机还具备安装在从所述排气管分支的放气管上的自动放气阀和控制所述自动放气阀开闭的控制部，
当由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，在所述止回阀打开之前，通过所述控制部打开所述自动放气阀，而从所述放气管排出蒸汽。
3.根据权利要求2所述的蒸汽原动机，其特征在于，
当由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，为了始终保持供气侧压力≥排气侧压力，在所述止回阀打开之前，通过所述控制部打开所述自动放气阀而从所述放气管排出蒸汽。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的蒸汽原动机，其特征在于，
所述容积型汽轮机具有螺旋转子。

说明书全文

蒸汽 原动机

技术领域

[0001] 本发明涉及将蒸汽能量转换成机械能量(动力)的蒸汽原动机。尤其是涉及具备容积型汽轮机的蒸汽原动机。

背景技术

[0002] 作为通常的加热源，蒸汽被广泛地有效利用，但根据系统也有不进行热利用而原封不动地进行大气释放或凝汽循环的情况。而且，在各种生产工艺中使用蒸汽时，由于通过减压阀控制该蒸汽压，因此未有效利用减压时的压力差能量。为了有效利用所述未利用蒸汽能量，本申请人开发了以高效率回收蒸汽能量作为机械能量(动力)而进行发电的蒸汽发电机。需要说明的是，为了以高效率回收蒸汽能量作为机械能量(动力)，不采用速度型汽轮机而采用容积型汽轮机。

[0003] 在此，作为与回收蒸汽能量作为机械能量(动力)进行发电的蒸汽发电机相关的技术，都是与具备速度型汽轮机的蒸汽发电机相关的技术，例如有专利文献1、2所记载的技术。

[0004] 在专利文献1中记载有一种技术，当在紧急停止时从系统负载对发电机进行解列(电切离)时，为了防止小型蒸汽汽轮机(蒸汽原动机)及发电机发生过旋转速度，而关闭汽轮机排气侧的控制阀15来提高排气侧压力。

[0005] 另外，在专利文献2中记载有一种技术，为了防止停止时辐流式汽轮机(蒸汽原动机)成为过旋转速度，而通过从放气阀17排出残留在供气管中的蒸汽来降低供气侧压力。

[0006] 专利文献1：日本特开2008-101489号公报

[0007] 专利文献2：日本特开平7-158406号公报

[0008] 如上所述，专利文献1、2所记载的技术都涉及当前普及的具备速度型汽轮机的蒸汽发电机。另一方面，在具备容积型汽轮机的蒸汽发电机(蒸汽原动机)中，判明了还存在以下待解决的课题。

[0009] 在具备容积型汽轮机的蒸汽原动机中，当紧急停止时，若设置在汽轮机上游侧的紧急截止阀关闭，则由于构成汽轮机的转子的惯性力而汽轮机持续供气一定时间。由此，紧急截止阀与汽轮机之间的供气管内压力下降。因此，就汽轮机前后的压力而言，在通常运转时，供气侧压力高于排气侧压力，但在紧急停止时，两者的压力反转，与通常运转时反方向的推力作用于转子。转子受到反方向的推力时，该转子有可能向供气侧移动，从而转子与壳体有可能接触。虽然通过修改轴承结构等能够防止转子向供气侧的移动，但从需要汽轮机结构的大幅度的修改的方面或重量方面、制造成本方面等来说不优选。

发明内容

[0010] 本发明鉴于上述情况而作出，其目的在于提供一种不用进行汽轮机结构的大幅度的修改，而具备能够抑制紧急停止时产生的反方向推力的功能的蒸汽原动机。

[0011] 为了解决上述课题，本发明者们仔细研究的结果是，经由止回阀通过排气回管将紧急截止阀与容积型汽轮机之间的供气管和位于汽轮机下游侧的排气管之间连通，在由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，通过使排气侧的蒸汽返回供气侧，而防止汽轮机成为过旋转速度的情况，并能够解决上述课题。基于该见解完成了本发明。

[0012] 即，本发明涉及一种蒸汽原动机，其特征在于，具备：通过蒸汽进行旋转驱动的容积型汽轮机；与所述容积型汽轮机连接的供气管及排气管；安装在所述供气管上的紧急截止阀；从所述排气管分支并和所述紧急截止阀与所述容积型汽轮机之间的所述供气管连接的排气回管；安装在所述排气回管上的自动阀，其中，由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，所述自动阀打开，蒸汽从所述排气管向所述紧急截止阀与所述容积型汽轮机之间的所述供气管返回。

[0013] 若形成为该结构，则在由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，通过使蒸汽向紧急截止阀与容积型汽轮机之间的供气管返回，而使供气侧压力与排气侧压力的压力差几乎消失，从而能够抑制反方向的推力发生。

[0014] 另外，在本发明中，优选，所述自动阀为止回阀，所述蒸汽原动机还具备安装在从所述排气管分支的放气管上的自动放气阀和控制所述自动放气阀开闭的控制部，由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，在所述止回阀打开之前，通过所述控制部打开所述自动放气阀，而从所述放气管排出蒸汽。

[0015] 在此，当排气侧压力高时，由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，即使在供气侧压力仍然高于排气侧压力的状态下，也会产生反方向的推力。

[0016] 若形成为该结构，则在止回阀打开之前，自动放气阀打开而排气侧压力下降，从而能够防止在止回阀打开之前产生反方向推力的情况。

[0017] 此外，在本发明中，优选，所述容积型汽轮机具有螺旋转子。通过形成为螺旋式，使压力差原封不动地成为旋转力，因此能够进一步提高能量转换效率。

[0018] 另外，本发明的第二形态涉及一种蒸汽原动机，其特征在于，具备：通过蒸汽进行旋转驱动的容积型汽轮机；与所述容积型汽轮机连接的供气管及排气管；安装在所述供气管上的紧急截止阀；安装在从所述排气管分支的放气管上的自动放气阀；控制所述自动放气阀开闭的控制部，其中，当由于所述紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，为了始终保持供气侧压力≥排气侧压力，通过所述控制部打开所述自动放气阀而从所述放气管排出蒸汽。

[0019] 若形成为该结构，则在由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，以始终保持供气侧压力≥排气侧压力的方式控制排气管内的蒸汽压。由此，能够抑制反方向的推力发生。

[0020] 发明效果

[0021] 根据本发明，在具备容积型汽轮机的蒸汽原动机中，不用进行汽轮机结构的大幅度的修改，而能够抑制紧急停止时产生的反方向的推力。附图说明

[0022] 图1是表示具备本发明的一实施方式的蒸汽原动机而成的蒸汽发电机的框图。

[0023] 图2是表示排气侧压力比较低的情况下的紧急截止阀工作时的螺旋转子转速、供气侧压力及排气侧压力的变动的时间图。

[0024] 图3是表示排气侧压力比较高的情况下的紧急截止阀工作时的螺旋转子转速、供气侧压力及排气侧压力的变动的时间图。

[0025] 图4是表示排气侧压力比较高的情况下的紧急截止阀工作时的螺旋转子转速、供气侧压力及排气侧压力的变动的时间图。

[0026] 符号说明：

[0027] 1 蒸汽发电机

[0028] 2 容积型汽轮机(螺旋式)

[0029] 3 控制盘(控制部)

[0030] 4 紧急截止阀

[0031] 5 第一止回阀(自动阀)

[0032] 7 电磁阀(自动放气阀)

[0033] 8 螺旋转子

[0034] 9 螺旋壳体

[0035] 10 供气管

[0036] 11 排气管

[0037] 12 排气回管

[0038] 13 放气管

[0039] G 发电机

具体实施方式

[0040] 以下，参照附图说明用于实施本发明的方式。在以下的说明中，例示了本发明的蒸汽原动机作为对发电机进行驱动的蒸汽原动机，但本发明的蒸汽原动机也能够使用作为对例如压缩机等发电机以外的设备进行驱动的原动机。

[0041] (具备蒸汽原动机而成的蒸汽发电机的结构)

[0042] 如图1所示，蒸汽发电机1主要具备容积型汽轮机2、与容积型汽轮机2连结的发电机G。容积型汽轮机2及发电机G与其他附属设备(控制盘3等，详细情况如后所述)一起收纳在单元罩14内。以构成蒸汽发电机1的多个设备中的除发电机G之外的设备组构成以容积型汽轮机2为主要设备的蒸汽原动机。

[0043] 容积型汽轮机2具有一对螺旋转子8和收容螺旋转子8的螺旋壳体9。在螺旋壳体9上连接有供气管10及排气管11。蒸汽从供气管10向螺旋壳体9内流动时，蒸汽膨胀并通过螺旋转子8而从排气管11排出。

[0044] 需要说明的是，也可以不具有一对螺旋转子8(双转子)而是具有1个螺旋转子(单转子)的容积型汽轮机。形成为本实施方式那样的螺旋式时，螺旋转子前后的压力差原封不动地成为螺旋转子8的旋转力，因此能够进一步提高能量转换效率。需要说明的是，作为螺旋式以外的容积型汽轮机，能够列举旋转式、涡旋式、罗茨式等容积型汽轮机。

[0045] 在供气管10上安装有紧急截止阀4。紧急截止阀4多使用电磁阀，但也可以是空气工作阀等。在紧急截止阀4与容积型汽轮机2之间的供气管10上安装有压力计P1。压力计P1是用于测定容积型汽轮机2的供气压力的计测仪器。

[0046] 另外，在排气管11上的容积型汽轮机2的出口附近安装有压力计P2。压力计P2是用于测定容积型汽轮机2的排气压力的计测仪器。

[0047] 在此，通过排气回管12将压力计P1与容积型汽轮机2之间的供气管10和容积型汽轮机2与压力计P2之间的排气管11之间连接。而且，在排气回管12上安装有第一止回阀5。第一止回阀5安装在使蒸汽从排气管11向供气管10返回(使蒸汽不从供气管10流向排气管11)的方向上。若容积型汽轮机2的供气侧压力＜容积型汽轮机2的排气侧压力，则在压力差的作用下，第一止回阀5自动打开，而使排气侧的蒸汽向供气侧流动。该第一止回阀5相当于本发明的安装在排气回管上的自动阀。

[0048] 需要说明的是，在排气回管12中，从排气管11的分支点也可以在压力计P2的下游侧。而且，在排气回管12中，向供气管10的连接点也可以在压力计P1的上游侧(紧急截止阀4与压力计P1之间)。

[0049] 在排气管11的下游部安装有第二止回阀6。在本实施方式中，将排气管11的下游端与工艺设备50连接。在此，工艺设备50是使用蒸汽用于进行例如加热、杀菌等的设备。有各种工艺设备50，即，工艺设备50使用的蒸汽压例如为0.2MPa～0.9MPa，根据工艺设备
50而其使用蒸汽压各不相同。第二止回阀6是用于防止来自工艺设备50的蒸汽逆流的阀。

[0050] 另外，将从容积型汽轮机2与第二止回阀6之间的排气管11分支的放气管13设置在排气管11上，在该放气管13上安装有电磁阀7。该电磁阀7相当于本发明的自动放气阀。需要说明的是，作为自动放气阀，也可以使用空气工作阀等。

[0051] 接下来，如图1中虚线所示，来自压力计P1及压力计P2的信号输入给蒸汽发电机1的控制盘3。而且，来自控制盘3的开闭信号输入给紧急截止阀4及电磁阀7。需要说明的是，控制盘3相当于本发明的控制部。

[0052] (紧急停止时的控制)

[0053] 在设有蒸汽发电机1的例如工厂内发生事故等时，根据来自控制盘3的信号，而从系统负载(向工厂内的设备供给电力的自用电力系统)将发电机G解列(电切离)，并关闭紧急截止阀4而紧急停止向容积型汽轮机2的蒸汽供给。关闭紧急截止阀4是为了不使螺旋转子8由于负载消失而成为过旋转速度。

[0054] 以下，分开成通常运转时的排气侧压力为0.2MPa左右的情况和通常运转时的排气侧压力为0.5MPa左右的情况，对紧急停止时的蒸汽发电机1的控制进行说明。需要说明的是，通常运转时的供气侧压力(向容积型汽轮机2供给的蒸汽的压力)例如为0.8MPa～2MPa左右。

[0055] (排气侧压力为0.2MPa左右比较低的情况)

[0056] 图2是表示排气侧压力为0.2MPa左右比较的低的情况下的紧急截止阀工作时的螺旋转子转速、供气侧压力及排气侧压力的变动的时间图。图2(a)是未设置排气回管12、第一止回阀5、电磁阀7等的现有技术的时间图，图2(b)是本实施方式的蒸汽发电机1的时间图。在图2(a)及图2(b)所示的时间图中都在时刻T1关闭紧急截止阀。而且，图2所示的供气侧压力为紧急截止阀与容积型汽轮机之间的供气管内的蒸汽压力(通过压力计P1检测)，排气侧压力为容积型汽轮机与第二止回阀6之间的排气管内的蒸汽压力(通过压力计P2检测)。

[0057] 首先，参照图2(a)说明现有技术中的问题点。在具备容积型汽轮机的蒸汽原动机中，在紧急停止时，若关闭设置在汽轮机上游侧的紧急截止阀，则在构成汽轮机的转子的惯性力的作用下，汽轮机持续供气一定时间。由此，如图2(a)所示，紧急截止阀与汽轮机之间的供气管内压力急剧下降。因此，就汽轮机前后的压力而言，在通常运转时，供气侧压力高于排气侧压力，但在紧急停止时，两者的压力反转，通常运转时是指反方向的推力作用于转子的时间带。转子承受到反方向的推力时，该转子有可能向供气侧移动，从而转子与壳体有可能接触。

[0058] 然而，如图2(b)所示，在本实施方式的蒸汽发电机1的情况下，当由于紧急截止阀4的工作而使得供气侧压力下降时，在供气侧压力＜排气侧压力的阶段，第一止回阀5打开，蒸汽从排气管11向紧急截止阀4与容积型汽轮机2之间的供气管10返回。由此，供气侧压力与排气侧压力的压力差几乎消失，其结果是能够抑制反方向的推力发生。即，能够防止螺旋转子8与螺旋壳体9的接触。而且，通过经由第一止回阀5将紧急截止阀4与容积型汽轮机2之间的供气管10和排气管11之间连通，而能够抑制反方向的推力发生，根据本发明，无需进行轴承部等汽轮机结构的大幅度的修改。

[0059] 需要说明的是，如上所述，由于紧急截止阀4的工作而使得供气侧压力下降时，在供气侧压力＜排气侧压力的阶段，第一止回阀5由于差压而打开，因此没有根据来自外部的信号而打开第一止回阀5这种控制。另一方面，也可以取代第一止回阀5(止回阀)而将电磁阀设置在排气回管12上。这种情况下，例如，在供气侧压力与排气侧压力相等的时间，根据来自控制盘3的信号而打开上述电磁阀。由此，能够抑制反方向的推力发生。供气侧压力的监控通过压力计P1进行，排气侧压力的监控通过压力计P2进行。需要说明的是，从可靠性(故障少)的观点和减少控制的阀的观点等出发，与电磁阀相比，优选使用止回阀作为自动阀。

[0060] (排气侧压力为0.5MPa左右比较高的情况)

[0061] 图3是表示排气侧压力为0.5MPa左右比较高的情况下的紧急截止阀工作时的螺旋转子转速、供气侧压力及排气侧压力的变动的时间图。图3(a)是未设置排气回管12、第一止回阀5、电磁阀7等的现有技术的时间图，图3(b)是本实施方式的蒸汽发电机1的时间图。图3(a)及图3(b)所示的时间图中都在时刻T1关闭紧急截止阀。需要说明的是，图2与图3的条件的区别仅在于排气侧压力的值。

[0062] 首先，参照图3(a)，说明现有技术的问题点。在具备容积型汽轮机的蒸汽原动机中，在排气侧压力高的情况下，由于紧急截止阀的工作而使得供气侧压力下降时，即使在供气侧压力仍然高于排气侧压力的状态下，也会产生反方向的推力。具体来说，在图3(a)所示的点A(供气侧压力稍高于排气侧压力)，存在产生反方向推力的情况。

[0063] 因此，在本实施方式的蒸汽发电机1中，根据来自控制盘3的信号，在紧急截止阀4关闭之后且在第一止回阀5打开之前，打开电磁阀7。然后，在排气侧压力下降到例如0.2MPa左右时，关闭电磁阀7。此时的排气侧压力的变化如图3(b)所示。通过打开电磁阀
7，排气管11的蒸汽从放气管13排出而排气侧压力下降。然后，在供气侧压力＜排气侧压力的阶段，第一止回阀5打开，从而供气侧压力与排气侧压力的压力差几乎不产生，反方向的推力也不发生。

[0064] 根据本实施方式，通过在第一止回阀5打开之前打开电磁阀7使排气侧压力下降，而能够防止在第一止回阀5打开之前产生的反方向的推力。

[0065] 需要说明的是，若在关闭紧急截止阀4的同时打开电磁阀7，则容积型汽轮机2前后的差压瞬间增大，螺旋转子8的旋转速度有可能成为过旋转速度。在关闭紧急截止阀4之后且在第一止回阀5打开之前打开电磁阀7是为了防止螺旋转子8的旋转速度成为过旋转速度的情况。在排气侧压力下降到例如0.2MPa左右时关闭电磁阀7也是为了防止螺旋转子8的旋转速度成为过旋转速度的情况。即，根据本实施方式，在紧急停止时，不用使汽轮机转速上升到必要以上，而能够防止反方向的推力的发生并使汽轮机停止。

[0066] 如上所述，供气侧压力的监控通过压力计P1进行，排气侧压力的监控通过压力计P2进行。在第一止回阀5打开之前打开电磁阀7是表示在基于压力计P1的检测值与基于压力计P2的检测值变为相等之前打开电磁阀7。即，通过基于压力计P1的检测值与基于压力计P2的检测值之差来判断是否处于打开电磁阀7的时间。由此，在基于压力计P1的检测值与基于压力计P2的检测值之差下降到规定的阈值时打开电磁阀7。

[0067] (第一变形例)

[0068] 需要说明的是，在图1所示的蒸汽发电机1(蒸汽原动机)中，也可以省略第一止回阀5及排气回管12。这种情况下，由于紧急截止阀4的工作而使得供气侧压力下降时，为了始终保持供气侧压力≥排气侧压力，根据来自控制盘3的信号而打开电磁阀7并进行其开度控制。具体来说，例如，在基于压力计P1的检测值与基于压力计P2的检测值之差下降到规定的阈值时打开电磁阀7，在排气侧压力成为0之前，进行电磁阀7的开度控制以将该阈值(差压值)维持成恒定。此时的排气侧压力等的变动如图4所示。

[0069] 需要说明的是，也可以不必为了将阈值(差压值)维持成恒定而进行电磁阀7的开度控制，在下降到规定的阈值而打开电磁阀7之后，至少通过维持供气侧压力≥排气侧压力的状态而能够抑制反方向的推力发生。如上所述，通过将阈值(差压值)维持成大致恒定，能够抑制反方向的推力发生，并能够进一步防止螺旋转子8的旋转速度成为过旋转速度的情况。

[0070] 图1所示的蒸汽原动机和省略了第一止回阀5及排气回管12的形态的蒸汽原动机(第一变形例)在维持成供气侧压力≥排气侧压力的状态的方面共通。

[0071] (第二变形例)

[0072] 另外，在图1所示的蒸汽发电机1(蒸汽原动机)中，也可以省略放气管13及电磁阀7(自动放气阀)。排气蒸汽的使用条件在仅限于比较低的条件的情况下(仅限于通常运转时的排气侧压力为0.2MPa左右等比较低的条件的情况下)，也可以根据容积型汽轮机的结构(吸达体积、喷出体积等)而省略放气管13及电磁阀7(自动放气阀)。

[0073] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式，而在专利请求范围的记载中能够进行各种变更来实施。

[0074] 例如，排气管11的连接目的地并不局限于各种工艺设备50，也可以将排气管11与烟囱等连接。

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