JP2004187373A

JP2004187373A - 回転電機の密封油供給装置

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Publication number: JP2004187373A
Application number: JP2002349617A
Authority: JP
Inventors: Aritoshi Nishikawa; 有俊西川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】冷却ガスが封入された回転電機の軸密封機構部に供給される密封油の圧力制御を常に適切かつ迅速に行うことができる密封油供給装置を提供する。
【解決手段】冷却ガス封止式の回転電機１の軸密封機構部４に対して密封油供給回路９が接続され、この密封油供給回路９の密封油供給ポンプ１０から下流側に電気式差圧調整弁１８が設けられ、またこの電気式差圧調整弁１８で圧力調整された密封油の圧力と回転電機１のケーシング２内の冷却ガスの圧力との差圧を検出する差圧伝送器３３と、この差圧伝送器３３から出力される差圧信号および回転電機１の運転条件に基づいて電気式差圧調整弁１８の開度を制御するコントローラ３４とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却ガスが封入された回転電機の軸密封機構部に密封油を供給する密封油供給装置に係り、特には密封油の圧力調整を適切かつ迅速に行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、タービン発電機などの回転電機においては、水素ガスなどの冷却ガスを回転子と固定子が収納されたケーシングの内部に封入することで発電効率を高めるようにしたものがある。この場合、回転子を支持する回転軸とケーシングとの間には微小な隙間が存在するので、これをそのまま放置しておくと、その隙間から上記の冷却ガスが外部に漏れることになる。
【０００３】
そこで、このような冷却ガスの漏れを防止するために、従来より回転電機に軸密封機構部を設けるとともに、この軸密封機構部に対して密封油供給装置を接続し、この密封油供給装置から軸密封機構部に対して密封油を常時供給し、軸密封機構部で生じる油膜によってケーシング内部の気密を保持している。
【０００４】
ところで、従来のこの種の密封油供給装置は、軸密封機構部に対して密封油供給ポンプを有する密封油供給回路を接続し、この密封油供給回路の密封油供給ポンプから下流側の軸密封機構部までの途中位置に機械式の差圧調整弁を設け、また、密封油供給回路の軸密封機構部に近接した位置から密封油導圧管を分岐する一方、冷却ガスが封入されたケーシングに冷却ガス導圧管の一端を接続し、これらの密封油導圧管と冷却ガス導圧管の他端を共に上記の機械式の差圧調整弁に接続することで、この差圧調整弁の開度を調整して、所要圧力の密封油が軸密封機構部に対して供給されるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。具体的には、密封油の圧力が冷却ガスの圧力よりも０．５ｋｇ／ｍｍ^２程度大きくなるように差圧調整弁で調整している。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２３３０４４号公報（第１−３頁、図１−図３）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の密封油供給装置においては、密封油導圧管と冷却ガス導圧管を介して密封油と冷却ガスの圧力を直接内部に導入することで動作する機械式の差圧調整弁を使用しているために、次のような課題が残されている。
【０００７】
すなわち、回転電機から密封油供給装置の機械式差圧調整弁に至るまで密封油導圧管と冷却ガス導圧管とを共に引き回さねばならず、配管工事に手間がかかる。また、密封油導圧管と冷却ガス導圧管の各管路の途中にオリフィスを設ける必要があり、その調整にも手間がかかる。さらに、各導圧管に異物が侵入した場合には、清掃して異物を除く必要があるため、復旧に手間もかかっている。
【０００８】
また、軸封止機構部に供給される密封油の圧力が変化したり、ケーシング内の冷却ガスの圧力が変化したような場合、その圧力変化は密封油導圧管や冷却ガス導圧管を経由して機械式の差圧調整弁に物理的に伝わるので、これらの圧力変動に対して実際に機械式差圧調整弁が作動するまでの応答性が不十分である。上記の特許文献１では、油圧作動弁や絞り装置を設けて機械式の差圧調整弁の動作の応答性を高めるように工夫しているが、その場合でも差圧調整弁が密封油と冷却ガスの圧力を導圧管を経由して直接に導入して動作する機構である限り、応答性を高めるには自ずと限界がある。
【０００９】
さらに、回転電機の回転数が変化したり、冷却ガスの圧力が経時的に変化するなどの運転条件の変動に対しては、密封油の圧力を適正値に調整することが難しい。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、密封油の圧力変動や冷却ガスの圧力変動等に対する応答性が高く、しかも、回転電機の回転数の変化等の運転条件の変動を見込んだ適切な圧力の密封油が常に軸密封機構部に供給されるようにし、また、メンテナンス等も容易で、長期にわたって安定した密封油を供給することができる回転電機の密封油供給装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、ケーシングの内部に冷却ガスが封入されるとともに、回転軸とケーシングとの隙間を封止する軸密封機構部が設けられた回転電機の上記軸密封機構部に対して密封油を供給する回転電機の密封油供給装置を前提としている。
【００１２】
そして、第１の発明では、上記軸密封機構部に対して密封油供給ポンプを有する密封油供給回路が接続され、この密封油供給回路の密封油供給ポンプから下流側の上記軸密封機構部までの途中位置に電気式差圧調整弁が設けられる一方、この電気式差圧調整弁で圧力調整された密封油の圧力と上記ケーシング内の冷却ガスの圧力との差圧を検出する差圧伝送器と、この差圧伝送器から出力される差圧信号および上記回転電機の運転条件に基づいて上記電気式差圧調整弁の開度を制御するコントローラとを備えることを特徴としている。
【００１３】
また、第２の発明では、この電気式差圧調整弁で圧力調整された密封油の圧力と上記ケーシング内の冷却ガスの圧力との差圧を検出する差圧伝送器に代えて、この電気式差圧調整弁で圧力調整された密封油の圧力を検出する密封油圧力伝送器と、上記ケーシング内の冷却ガスの圧力を検出する冷却ガス圧力伝送器とを設け、また、コントローラは、これらの両圧力伝送器から出力される各圧力信号および上記回転電機の運転条件に基づいて上記電気式差圧調整弁の開度を制御する構成としたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【００１５】
図１において、１は回転電機であって、この回転電機１は、回転子と固定子（共に図示せず）が収納されたケーシング２を有し、このケーシング２には、その内部に水素ガスなどの冷却ガスが封入され、また、回転子を保持する回転軸３とケーシング２との隙間を封止する左右一対の軸密封機構部４が設けられている。
【００１６】
７は軸密封機構部４に対して密封油を供給する密封油供給装置、８は同装置７の装置本体部、９は密封油供給装置７の一部を構成する密封油循環用の密封油供給回路である。
【００１７】
この密封油供給回路９は、その途中に密封油供給ポンプ１０が配置されるとともに、この密封油供給ポンプ１０よりも下流側で軸密封機構部４に至るまでの間に密封油供給管１１が、密封油供給ポンプ１０よりも上流側で軸密封機構部４に至るまでの間に空気側排油管１２、冷却ガス側排油管１３、密封油戻り管１４がそれぞれ設けられて構成されている。
【００１８】
そして、上記の密封油供給管１１の途中位置には、電気式差圧調整弁１８、バイパス弁１９、冷却器２０、フィルタ２１が設けられている。上記の電気式差圧調整弁１８としては、たとえば、サーボモータで弁体を駆動する構成のものが適用される。また、装置本体部８の内部において、密封油供給管１１のフィルタ２１よりも下流側からは密封油導圧管２２が分岐されている。
【００１９】
一方、前述の空気側排油管１２と密封油戻り管１４との間にはループシールタンク２５が設けられ、このループシールタンク２５の上部には空気と僅かな冷却ガスとを外部に排気するための外部排気管２６が接続されるとともに、この外部排気管２６の途中には排気用のベーパーエクストラクタ２７が設けられている。
【００２０】
また、冷却ガス側排油管１３と密封油戻り管１４との間にはケーシング２内の冷却ガスが外部に流出するのを遮断するための冷却ガス遮断槽２８が設けられている。そして、冷却ガス遮断槽２８には、油面を一定に保持するためのフロート弁２９が設けられ、また槽上部には冷却ガス導圧管３０の一端が接続されている。そして、この冷却ガス導圧管３０の他端は、前述の密封油導圧管２２とともに差圧伝送器３３に接続されている。
【００２１】
差圧伝送器３３は、電気式差圧調整弁１８で圧力調整された後の密封油の圧力とケーシング２内の冷却ガスの圧力との差圧を検出するもので、その構造自体は周知のものであって、たとえば、密封油導圧管２２と冷却ガス導圧管３０にそれぞれ連通する導圧室をダイアフラムによって２分し、このダイアフラムの変位を静電容量の変化として検出し、これを差圧信号として出力するようになっている。
【００２２】
３４は差圧伝送器３３から出力される差圧信号に基づいて電気式差圧調整弁１８の開度を制御するコントローラである。このコントローラ３４は、たとえばＣＰＵやメモリを備えたマイクロコンピュータで構成されており、上記の差圧伝送器３３からの差圧信号とともに、回転電機１の回転数を検出する回転センサや、ケーシング２内の冷却ガスの圧力を検出する圧力センサ（いずれも図示せず）などの出力が運転条件データとして入力されるようになっている。なお、３５は安全弁である。
【００２３】
この実施の形態１の構成において、密封油供給ポンプ１０から押し出された密封油は、その圧力が冷却ガスの圧力よりも幾分大きくなるように差圧調整弁１８で調整された後、密封油供給管１１を経て軸密封機構部４に供給される。また、差圧調整弁１８で調整された後の密封油の圧力は、密封油導圧管２２を経て差圧伝送器３３に伝わる。
【００２４】
軸密封機構部４に供給された密封油は、軸密封機構部４で油膜を生じるので、この油膜によってケーシング２内の気密が保持される。その後、密封油は空気側排油管１２と冷却ガス側排油管１３とに分岐して流出する。空気側排油管１２に流出した密封油は、ループシールタンク２５から密封油戻り管１４を経由して密封油供給ポンプ１０に戻される。また、冷却ガス側排油管１３に流出した密封油は、冷却ガス遮断槽２８から密封油戻り管１４を経由して密封油供給ポンプ１０に戻される。
【００２５】
空気側排油管１２には、軸密封機構部４から流出した密封油とともに空気と僅かな冷却ガスが流入しているので、これらの空気と冷却ガスとはループシールタンク２５から外部排気管２６を介して外部に放出される。また、冷却ガス側排油管１３には、軸密封機構部４から流出した密封油とともに冷却ガスが流入しており、したがって、この冷却ガスの圧力は冷却ガス遮断槽２８から冷却ガス導圧管３０を経て差圧伝送器３３にそのまま伝わる。
【００２６】
差圧伝送器３３は、密封油導圧管２２を経て加わる密封油の圧力と、冷却ガス導圧管３０を経て加わる冷却ガスの圧力との差圧を検出する。そして、この差圧に対応した差圧信号をコントローラ３４に出力する。
【００２７】
コントローラ３４には、差圧伝送器３３からの差圧信号のみならず、回転電機１の回転数を検出する回転センサや、ケーシング２内の冷却ガスの圧力を検出する圧力センサ等の検出出力が運転条件データとして入力されている。したがって、コントローラ３４は、差圧信号に運転条件を加味した補正を行い、この補正した差圧信号に基づいて電気式差圧調整弁１８の開度を制御する。
【００２８】
たとえば、回転電機１の回転数が増加するときには、密封油の圧力を差圧信号で決まる圧力よりも高めになるように電気式差圧調整弁１８の開度を調整し、逆に回転電機１の回転数が減少するときには、密封油の圧力を差圧信号で決まる圧力よりも低めになるように電気式差圧調整弁１８の開度を調整する。
【００２９】
このように、この実施の形態１では、密封油の圧力と冷却ガスの圧力との差圧だけでなく、回転電機１の回転数や冷却ガスの圧力変動などの運転条件を見込んで電気式差圧調整弁１８の開度が制御されるため、密封油の圧力制御を従来よりも一層適切に行うことができる。
【００３０】
しかも、電気式差圧調整弁１８によってその開度が制御されるため、従来の機械式の差圧調整弁に比較して密封油や冷却ガスの変動のみならず、運転条件の変動に対する応答性が高く、これらの変動に対して弁開度の調整を迅速に行うことができる。
【００３１】
さらに、回転電機１から電気式差圧調整弁１８に至るまで密封油導圧管等を引き回す必要がないため、配管施工の手間が省け、また、メンテナンス等も容易で、長期にわたって安定した密封油を供給することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図であり、図１に示した実施の形態１と同一または相当する構成部分には同一の符合を付す。
【００３３】
この実施の形態２の特徴は、差圧伝送器３３が回転電機１に近接した位置に設けられていることである。したがって、密封油の圧力を差圧伝送器３３に伝える密封油導圧管２２および冷却ガスの圧力を差圧伝送器３３に伝える冷却ガス導圧管３０は、いずれも短尺で済む。また、差圧伝送器３３には軸密封機構部４の密封油の圧力と冷却ガスの圧力とが配管抵抗等の影響を受けずに一層直接的に加わる。このため、差圧検出精度ならびに応答性が高まる。
【００３４】
その他の構成および作用は、図１に示した実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３５】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図であり、図１に示した実施の形態１と同一または相当する構成部分には同一の符合を付す。
【００３６】
この実施の形態３では、実施の形態１で用いた差圧伝送器３３に代えて、装置本体部８の内部において、密封油供給管１１から分岐された密封油導圧管２２に対して密封油の圧力を検出する密封油圧力伝送器３７が、また、上記冷却ガス遮断槽２８に接続された冷却ガス導圧管３０にケーシング２内の冷却ガスの圧力を検出する冷却ガス圧力伝送器３８がそれぞれ設けられている。
【００３７】
また、コントローラ３４には、これらの両圧力伝送器３７，３８から出力される各圧力信号のみならず、回転電機１の回転数を検出する回転センサや、ケーシング２内の冷却ガスの圧力を検出する圧力センサ等の検出出力が運転条件データとして入力されており、したがって、コントローラは、両圧力伝送器３７，３８から出力される各圧力信号および回転電機１の運転条件データに基づいて電気式差圧調整弁１８の開度を制御するように構成されている。
【００３８】
この実施の形態３では、密封油と冷却ガスの各圧力データを個別に圧力伝送器３７，３８で検出してコントローラ３４に取り込むので、密封油と冷却ガスの経時的な圧力変動等を個別に把握することができる。このため、長期保守計画等を行うための有効なデータとして役立てることができる。
【００３９】
その他の構成および作用は、図１に示した実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４０】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図であり、図３に示した実施の形態３と同一または相当する構成部分には同一の符合を付す。
【００４１】
この実施の形態４の特徴は、密封油圧力伝送器３７が軸密封機構部４に近接した位置に、また、冷却ガス圧力伝送器３８がケーシング２に近接した位置に、それぞれ設けられていることである。
【００４２】
したがって、密封油の圧力を密封油圧力伝送器３７に伝える密封油導圧管２２および冷却ガスの圧力を冷却ガス圧力伝送器３８に伝える冷却ガス導圧管３０は、いずれも短尺で済む。また、各圧力伝送器３７，３８には軸密封機構部４の密封油の圧力と冷却ガスの圧力とが配管抵抗等の影響を受けずに直接的に加わる。このため、圧力検出精度ならびに応答性が高まる。
【００４３】
その他の構成および作用は、図３に示した実施の形態３の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４４】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図であり、図３に示した実施の形態３と同一または相当する構成部分には同一の符合を付す。
【００４５】
上記の実施の形態３では、密封油の圧力を検出する密封油圧力伝送器３７とともに、ケーシング２内の冷却ガスの圧力を検出する冷却ガス圧力伝送器３８を設けたが、従来の回転電機においては、ハウジング２内に封入されている冷却ガスの純度計測用として圧力伝送器を既に設けたものがある。
【００４６】
したがって、この実施の形態５では、冷却ガスの純度計測用の圧力伝送器３９が回転電機１に既設されている場合、その圧力伝送器３９を密封油の圧力制御のための冷却ガス圧力伝送器として兼用し、密封油の圧力を検出する密封油圧力伝送器３７のみを追加することで、実施の形態３と同様に電気式差圧調整弁１８を制御することができる。このようにすれば、実施の形態３の場合よりも安価に実施することができる。
【００４７】
その他の構成および作用は、図３に示した実施の形態３の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４８】
なお、本発明の密封油供給装置７は、上記の実施の形態１〜５で示した密封油供給回路９等の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができるのは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、密封油の圧力と冷却ガスの圧力との差圧だけでなく、回転電機の回転数や冷却ガスの圧力などの運転条件を見込んで電気式差圧調整弁の開度が制御されるため、密封油の圧力制御を従来よりも一層適切に行うことができる。
【００５０】
しかも、電気式差圧調整弁によってその開度が制御されるため、従来のような機械式の差圧調整弁に比べて圧力変動や運転条件の変動に対する応答性が高く、これらの変動に対して弁開度の調整を迅速に行うことができる。
【００５１】
さらに、回転電機から電気式差圧調整弁に至るまで密封油導圧管等を引き回す必要がないため、配管施工の手間が省け、また、メンテナンス等も容易で、長期にわたって安定した密封油を供給することが可能になる。
【００５２】
さらに、コントローラに差圧伝送器や圧力伝送器で検出したデータを蓄積しておけば、密封油と冷却ガスの経時的な圧力変動等を把握することができるため、長期保守計画等を行うための有効なデータとして役立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【図４】本発明の実施の形態４に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【図５】本発明の実施の形態５に係る回転電機およびその密封油供給装置の配管系統図である。
【符号の説明】
１回転電機、２ケーシング、３回転軸、４軸密封機構部、７密封油供給装置、９密封油供給回路、１０密封油供給ポンプ、１８電気式差圧調整弁、３３差圧伝送器、３４コントローラ、３７密封油圧力伝送器、３８
冷却ガス圧力伝送器、３９冷却ガス純度計測用圧力伝送器。

Claims

ケーシングの内部に冷却ガスが封入されるとともに、回転軸とケーシングとの隙間を封止する軸密封機構部が設けられた回転電機の上記軸密封機構部に対して密封油を供給するための装置であって、
上記軸密封機構部に対して密封油供給ポンプを有する密封油供給回路が接続され、この密封油供給回路の密封油供給ポンプから下流側の上記軸密封機構部までの途中位置に電気式差圧調整弁が設けられる一方、この電気式差圧調整弁で圧力調整された密封油の圧力と上記ケーシング内の冷却ガスの圧力との差圧を検出する差圧伝送器と、この差圧伝送器から出力される差圧信号および上記回転電機の運転条件に基づいて上記電気式差圧調整弁の開度を制御するコントローラとを備えることを特徴とする回転電機の密封油供給装置。
上記差圧伝送器は上記回転電機に近接した位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の密封油供給装置。
ケーシングの内部に冷却ガスが封入されるとともに、回転軸とケーシングとの隙間を封止する軸密封機構部が設けられた回転電機の上記軸密封機構部に対して密封油を供給するための装置であって、
上記軸密封機構部に対して密封油供給ポンプを有する密封油供給回路が接続され、この密封油供給回路の密封油供給ポンプから下流側の上記軸密封機構部までの途中位置に電気式差圧調整弁が設けられる一方、この電気式差圧調整弁で圧力調整された密封油の圧力を検出する密封油圧力伝送器と、上記ケーシング内の冷却ガスの圧力を検出する冷却ガス圧力伝送器と、これらの両圧力伝送器から出力される各圧力信号および上記回転電機の運転条件に基づいて上記電気式差圧調整弁の開度を制御するコントローラとを備えることを特徴とする回転電機の密封油供給装置。
上記密封油圧力伝送器は上記軸密封機構部に近接した位置に、また、上記冷却ガス圧力伝送器は上記ケーシングに近接した位置に、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項３記載の回転電機の密封油供給装置。
上記ハウジング内に封入されている冷却ガスの純度計測用の圧力伝送器が上記冷却ガス圧力伝送器として兼用されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機の密封油供給装置。