JP2006177357A - タービン発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、タービン発電機を提供する。
【解決手段】本タービン発電機（１０）は、タービン（２０）と、タービン（２０）に直接結合された発電機（３０）と、発電機（３０）に接続されかつ電力系統（９０）に組合された静止形周波数変換器（４０）とを含み、タービン発電機（１０）は、タービン（２０）及び発電機（３０）のための単一冷却装置（６０）を含む。
【選択図】 図７

Description

本発明は、特に発電用の火力発電プラントで使用することができるタービン発電機に関する。

タービン発電機の主要構成部品は通常、機械エネルギーを発生するためのガスタービンと、機械エネルギーを電力に変換するための発電機すなわち交流発電機とからなる。

機械エネルギーから直接得られる電力は一般的に、交流の形態の電力である。

従って、タービンのシャフトの回転に基づいて、その周波数がタービンシャフトの毎分回転数に応じて直接決まる交流電流が得られる。

つまり、タービンシャフトの回転速度が高ければ高いほど、シャフトによって得られる電流の周波数は、より高いものになる。

小規模及び中規模出力能力のみを有するガスタービンは、毎分回転数で表したシャフトの回転速度が高く、一般的に５０００〜２００００回転／分の範囲にある作動条件下で高い効率を有する。

このことは、シャフトの機械エネルギーを変換することによって、交流電流はより高い周波数で得られることになり、従ってエネルギーの伝送及び供給するのに通常使用する電力系統の交流電流と互換性がないことを意味する。

実際には、電力系統は、特定の国で使用する規格に従って５０ヘルツ（Ｈｚ）又は６０ヘルツ（Ｈｚ）の周波数の交流を有する。

従って、５０Ｈｚの典型的な電力系統の周波数で電力を得るのを可能にするために、例えば２極又は４極を有する交流発電機の場合には、それぞれ３０００〜１５００回転／分の範囲にある低い回転速度を持つ必要がある。

このことは、必然的に、タービンシャフトの回転速度を交流発電機が必要とする回転数に適合させることができるように調整するために、ガスタービンを回転数減速機に結合することを必要とする。

従って、４又は５ＭＷの出力を有するガスタービンの場合には、ガスタービンが発生する機械的出力に耐えるような適度な寸法にした回転数減速機を有することが必要になる。

その結果、回転減速機は、大きな寸法を有し、またその寸法に比例した潤滑システムも必要とする。

従って、欠点の１つは、費用及び据付けの点で負担となるのに加えて、減速機はまた、大きな邪魔物となり、従ってタービン発電機の全体寸法を増大させることである。

従って、潤滑システムもまた、それが減速機自体に比例するので、多量の潤滑油を必要とするのに加えて厄介なものにもなる。

さらに、潤滑油は、予め設定した時間数の範囲内で取り換えかつさらに廃棄しなければならず、付加的な費用を伴う。

さらに、タービン及び発電機はまた、各々、冷却システムを有する。

タービンはまた、その作動のための空気供給システムを有する。

公知の発電システムの別の欠点は、それらが各空気供給システム及び各冷却システムのための高い保守整備費用を必要とすることである。

構成部品の空気供給システム及び冷却システムの保守整備費用は、ある期間にわたって一定の費用を示し、このことが結果的に製作する発電ユニットの価格に悪影響を与える。

発電用の現在の発電システムの別の欠点は、一部のプラントにおける現場で行うそれらの組立てが、困難な場合が多く、またさらにタービン及び発電機を正確に位置合わせしてタービン発電機自体の作動時における問題を回避するようにするのに長時間を必要とすることである。

従って、公知の発電システムの欠点の１つは、それらは据付け費用が高いことである。

１つの目的は、構成部品数を少なくして信頼性及び有用性を高めたタービン発電機を提供することである。

別の目的は、システム自体の据付け及び保守整備費用を低減したタービン発電機を提供するのを可能にすることである。

さらに別の目的は、重量及び余分なものを少なくしたタービン発電機を提供することである。

さらに別の目的は、小型でありかつ容易に輸送することができるタービン発電機を提供することである。

さらに別の目的は、簡略かつ経済的なタービン発電機を提供することである。

本発明によるこれらの目的は、請求項１に記載したようなタービン発電機を製作することによって達成される。

本発明のさらに別の特徴は、後続の請求項に示している。

本発明によるタービン発電機の特徴及び利点は、添付の概略図面を参照しながら以下の例示的かつ非限定的な説明を読むことにより一層明瞭になると思われる。

図９を参照すると、この図はタービン発電機１０を示し、タービン発電機１０は、タービン２０と、タービン２０に直接結合された発電機３０と、発電機３０に接続されかつ電力系統９０に組合された静止形周波数変換器４０とを含む。

タービン発電機１０は、タービン２０と、発電機３０と、好ましくはさらに周波数変換器４０とのための、一体型になった単一冷却装置６０を含む。

第１の好ましい実施形態によると、冷却装置６０は、空気冷却装置であるのが好ましい。

冷却装置６０は、チャンバ６３に接続した吸入ダクト６２を含む。

冷却装置６０はまた、チャンバ６３をタービン２０に接続して燃焼器のためのまたタービン２０自体の最高温部分を冷却するための供給空気を与える第１の空気供給ダクト６４を含む。

冷却装置６０はまた、好ましくはチャンバ６３を発電機３０に接続するか又は好ましくは第１の空気供給ダクト６４を発電機３０に接続する第２の空気供給ダクト６５を含む。

冷却装置６０は、タービン発電機１０の構成部品に供給する空気を濾過するために、それによって吸入した空気用の、好ましくは吸入ダクト６２内に収納された吸入濾過器６７を含むのが好ましい。

冷却装置６０は、好ましくはチャンバ６３を周波数変換器４０に接続する第３の供給ダクト６６を含むのが好ましい。

好ましい別の実施形態によると、第３のダクト６６は、第２のダクト６５を周波数変換器４０に接続する。

このようにして、それぞれ発電機３０と、周波数変換器４０と、タービン２０とのための２つ又は３つのチャンバの代わりに単一チャンバ６３を使用することが可能になる。

空気用のただ１つの吸入ダクト６２とさらにただ１つの濾過器６７とを設けているという事実により、タービン発電機１０の構成部品数が著しく減少する。

タービン発電機１０の保守整備作業が、少なくなりかつ容易になる利点もある。

発電機３０とタービン２０と好ましくはさらに周波数変換器４０とは、冷却装置６０を共用するものであり、具体的には同一の空気吸入ダクト６２と、同一の濾過器６７と、同一のチャンバ６３とが共用される。

その後使用済み空気は、それぞれ第１の排出ダクト６８によって発電機３０から個別に排出され、一方、タービンの場合には、空気は、タービンに設けられた吐出ダクトによって排出される。

空気は、それぞれ第２の排出ダクト６９によって周波数変換器４０から排出するのが好ましい。

本発明の別の態様によると、タービン発電機１０は、水冷却装置６０を備えた状態で構成される。

つまり、タービン２０及び発電機３０は、水で冷却される。

周波数変換器４０もまた、水で冷却するのが好ましい。

冷却装置６０は、タービン２０及び／又は発電機３０を冷却するための少なくとも第１のガス／液体熱交換器と少なくとも第２の液体／ガス熱交換器とを含むのが好ましい。

少なくとも第１のガス／液体熱交換器３２及び少なくとも第２のガス／液体熱交換器はさらに、周波数変換器４０も冷却する。

少なくとも第１のガス／液体熱交換器３２により、チャンバ６３の空気と第１の冷却回路３１内に含まれる液体との間の熱交換が可能になる。

具体的には、少なくとも第１のガス／液体熱交換器３２により、第１の供給ダクト６４の空気と第１の冷却回路３１の液体との間の熱交換が可能になる。

少なくとも第２の液体／ガス熱交換器３４により、第１の冷却回路３１内に含まれる液体とタービン２０及び／又は発電機３０及び／又は好ましくは周波数変換器４０の近くの空気との間の熱交換が可能になる。

別の実施形態によると、冷却装置６０は、周波数変換器４０のための第３のガス／液体熱交換器４２と第４の液体／ガス熱交換器４４とを含むのが好ましい。

これに対して、第３のガス／液体熱交換器４２により、チャンバ６３の空気と第２の冷却回路４１内に含まれる液体との間の熱交換が可能になる。

具体的には、第３のガス／液体熱交換器４２により、第２の供給ダクト６５の空気と第２の冷却回路４１内に含まれる液体との間の熱交換が可能になる。

同様に、第４の液体／ガス熱交換器４４により、第２の冷却回路４１内に含まれる液体と周波数変換器４０の近くの空気との熱交換が可能になる。

冷却装置６０は、吸入ダクト６２のための少なくとも１つのベンチレータを含むのが好ましい。

冷却装置６０は、第１の冷却回路３１及び／又は第２の液体冷却回路４１内で液体を循環させるための少なくとも１つのポンプを含むのが好ましい。

さらに別の好ましい実施形態による図３を参照すると、タービン２０及び発電機３０は、好ましくは金属製である単一支持ベース５０に据付けられる。

これにより、強固なセメント質材料の剛性基礎による欠点が回避され、従って時間が経過してもタービン発電機のより高い信頼性が得られる。

つまり、タービン２０及び発電機３０の支持ベースは、単一金属製支持ベース５０の形態で一体型にされる。

従って、タービン２０及び発電機３０のセンタリング及び位置合わせを直接製造段階で行い、事前組立てしたタービン発電機１０を得ることも可能になる。

周波数変換器４０もまた、支持ベース５０に据付けるのが好ましい。

従って、タービン発電機１０の移動及び据付け作業が非常に簡略化される利点がある。

タービン発電機１０は、タービン２０と、発電機３０と、好ましくは周波数変換器４０とのための単一防音ケーシング１２を含むのが好ましい。

つまり、各構成部品に対して個別の防音ケーシングを設ける代わりに、タービン発電機１０は、その中にタービン２０と発電機３０とが入れられる単一防音ケーシング１２を有する。

防音ケーシング１２は、支持ベース５０に結合されるのが好ましく、タービン発電機自体１０の構成部品によって発生した騒音を低減する機能を有する。

周波数変換器４０は、少なくとも１つの電圧及び電流変成器４３を含むのが好ましい。

タービン発電機１０は、周波数変換器４０と電力系統９０との間に接続された高電圧回路スイッチ４５を含むのが好ましい。

発電機３０の回転巻線は、タービン２０の回転シャフト上に組付けるか或いは剛性又は可撓性継手によって回転シャフトに結合するのが好ましい。

タービン発電機全体の余分なもの及び重量が、本発明によるタービン発電機によって著しく減少する利点があり、タービン発電機自体の効率の１％もの増大が得られる。

よりコンパクトになるので、タービン発電機は、輸送するのが一層容易になる利点がある。

タービン発電機１０は、移動式タービン発電機１０を得るために、移動手段（図示せず）に据付けるのが好ましい。

従って、タービン発電機１０は、タービン２０によって発生した機械エネルギーを電力系統の周波数の電力に変換することができる。

発電機３０及びタービン２０ロータは、剛性の又は可撓性の継手によって結合するのが好ましい。

タービン発電機１０は、周波数変換器４０と支持ベース５０との間に挿入された、振動を吸収することができる絶縁要素（図示せず）を含むのが好ましい。

これに代えて、周波数変換器４０とベース５０との間に、振動を吸収することができる別種の防振サスペンション装置を挿入することができる。

さらに別の好ましい実施形態による図６を参照すると、タービン発電機１０は、タービン２０及び発電機３０のための一体型潤滑装置７５を含むのが好ましい。

潤滑装置７５は、それに接続した流出ダクト７７内に潤滑油を圧送するためのポンプ７６と、タービン２０及び発電機３０から還流する潤滑油を回収するための、ポンプ７６にも接続された還流ダクト７８とを含む。

潤滑装置７５はまた、第１及び第２の潤滑油供給ダクト７９及び８０を含む。

第１のダクト７９は、第１の端部において流出ダクト７７に接続されまた第２の端部においてタービン２０に接続されてタービン２０を潤滑油で潤滑する。

第２のダクト８０は、第１の端部において流出ダクト７７に接続されまた第２の端部において発電機３０に接続される。

終わりに、潤滑装置７５は、還流潤滑油を回収してそれをポンプ７６に送る、それぞれ符号８１及び８２で表した潤滑油の第３及び第４の還流すなわち回収ダクトを含む。

第３のダクト８１は、第１の端部においてタービン２０に接続されまた第２の端部において還流ダクト７８に接続され、次に還流ダクト７８は潤滑油ポンプ７６に接続される。

第４のダクト８２は、第１の端部において発電機３０に接続されまた第２の端部において還流ダクト７８に接続される。

タービン２０及び発電機３０は、同一の潤滑装置７５を共用し、それらを潤滑するためのみの潤滑油の必要性を減らし、その結果としてタービン発電機１０を簡略化する利点がある。

タービン発電機１０の保守整備作業が、少なくなりかつ容易になる利点もある。

本発明による潤滑装置を持つタービン発電機によって、タービン発電機を正確に機能させるのに必要なポンプ数を最低限度まで減少させる利点がある。

保守整備費用また必要な潤滑油量も低減させる利点もある。

好ましい実施形態によると、タービン発電機１０を提供し、このタービン発電機は、図４に概略的に示すように、タービン２０及び発電機３０のための単一の一体型制御及び駆動装置８５を含むのが好ましい。

制御及び駆動装置８５は、制御盤と、タービン２０及び発電機３０から信号を受信して、その制御信号によってそれらの作動を制御しかつそれらの作動パラメータを駆動する中央制御及び駆動ユニットとを含む。

制御盤は、中央制御及び駆動ユニットから受信したタービン２０及び発電機３０の作動パラメータを可視化しかつユーザインタフェースによる入力制御信号を受信することもできる。

制御信号は中央制御及び駆動ユニットに送信され、中央制御及び駆動ユニットは、タービン２０及び発電機３０の作動パラメータを修正する。

このようにして、タービン２０及び発電機３０のための単一表示装置と単一中央制御及び駆動ユニットとを設置することが可能になる。

図５と関連する別の実施形態によると、制御及び駆動装置８５は、タービン２０と、発電機３０と、周波数変換器４０とのためにただ１つであり、言い換えればそれぞれの制御及び駆動盤は単一の制御及び駆動装置内に一体型にされ、かつ周波数変換器４０に対してはおそらく別個のユーザインタフェースを設けることになろう。

その結果として、制御及び駆動装置の構造は、簡略化され、部品及びその配線の数も減り、またさらにタービン発電機自体の余分なものも少なくなる利点がある。

好ましい実施形態によると、タービン２０は、発電機３０と一体型にされる。

さらに別の好ましい実施形態によると、タービン２０は、発電機３０及び周波数変換器４０と一体型にされる。

このことは、タービン発電機の重量及び余分なものをさらに少なくすることになる利点がある。

従って、本発明によるタービン発電機により、上記した様々な目的が達成されることが理解できるであろう。

このように着想した本発明のタービン発電機は、全て同じ発明概念に含まれる数多くの改良及び変更を行うことができる。

さらに、実施する上で、寸法及び構成部品と同様に使用材料も技術的要求に準じて変更することができる。

公知技術によるタービン発電機の側面図。 公知技術によるタービン発電機の系統図。 本発明によるタービン発電機の第１の好ましい実施形態の概略図。 タービン発電機の第２の好ましい実施形態を表す系統図。 タービン発電機の第３の好ましい実施形態を表す図。 タービン発電機の第４の好ましい実施形態を表す図。 タービン発電機の第５の好ましい実施形態を表す図。 タービン発電機の第６の好ましい実施形態を表す図。 タービン発電機の第７の好ましい実施形態を表す図。

符号の説明

１０ タービン発電機
１２ 単一防音ケーシング
２０ タービン
３０ 発電機
４０ 静止形周波数変換器
５０ 単一金属製支持ベース
６０ 冷却装置
６２ 吸入ダク
６３ チャンバ
６４ 第１の空気供給ダクト
６５ 第２の空気供給ダクト
６６ 第３の供給ダクト
６７ 濾過器
６８ 第１の排出ダクト
６９ 第２の排出ダクト

Claims (17)

1. タービン（２０）と、前記タービン（２０）に直接結合された発電機（３０）と、前記発電機（３０）に接続されかつ電力系統（９０）に組合された静止形周波数変換器（４０）とを含むタービン発電機（１０）であって、該タービン発電機が、前記タービン（２０）及び発電機（３０）のための単一冷却装置（６０）を含むことを特徴とするタービン発電機（１０）。
2. 前記冷却装置（６０）が、空気冷却装置であることを特徴とする請求項１記載のタービン発電機（１０）。
3. 前記冷却装置（６０）が、チャンバ（６３）と前記チャンバ（６３）に接続された吸入ダクト（６２）とを含むことを特徴とする請求項１及び請求項２のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
4. 前記冷却装置（６０）が、前記タービン（２０）のための第１のダクト（６４）と前記発電機（３０）のための第２の空気供給ダクト（６５）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
5. 前記第１の供給ダクト（６４）が、第１の端部において前記チャンバ（６３）に接続されかつ第２の端部において前記タービン（２０）に接続され、また前記第２の空気供給ダクト（６５）が、第１の端部において前記第１のダクト（６４）に接続されかつ第２の端部において前記発電機（３０）に接続されていることを特徴とする請求項３記載のタービン発電機（１０）。
6. 前記冷却装置（６０）が、吸入濾過器（６７）を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
7. 前記吸入濾過器（６７）が、前記吸入ダクト（６２）内部に収納されていることを特徴とする請求項６記載のタービン発電機（１０）。
8. 前記冷却装置（６０）が、前記第２の空気供給ダクト（６５）を前記周波数変換器（４０）に接続する第３の供給ダクト（６６）を含むことを特徴とする請求項３から請求項７のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
9. 前記冷却装置（６０）が、前記発電機（３０）のための第１の空気排出ダクト（６８）と、前記周波数変換器（４０）のための第２の空気排出ダクト（６９）とを含むことを特徴とする請求項３から請求項８のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
10. 前記冷却装置（６０）が、前記タービン（２０）及び発電機（３０）のための少なくとも第１のガス／液体熱交換器（３２）と少なくとも第２の液体／ガス熱交換器（３４）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
11. 前記冷却装置（６０）が、前記周波数変換器（４０）のための第３のガス／液体熱交換器（４２）と第４の液体／ガス熱交換器（４４）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
12. 前記冷却装置（６０）が、第１の液体冷却回路（３１）を含むことを特徴とする請求項１０記載のタービン発電機（１０）。
13. 前記冷却装置（６０）が、第２の液体冷却回路（４１）を含むことを特徴とする請求項１１記載のタービン発電機（１０）。
14. 前記冷却装置（６０）が、少なくとも１つのベンチレータを含むことを特徴とする請求項１記載のタービン発電機（１０）。
15. 前記冷却装置（６０）が、少なくとも１つのポンプを含むことを特徴とする請求項１記載のタービン発電機（１０）。
16. 前記タービン（２０）が、前記発電機（３０）と一体型にされていることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。
17. 前記ガスタービン（２０）が、前記発電機（３０）及び周波数変換器（４０）と一体型にされていることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項記載のタービン発電機（１０）。

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