JP2007092640A - ディーゼル発電設備及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
停電時にディーゼル発電設備を軸受部の焼付けを起こすことなく始動させる。
【解決手段】
ディーゼル機関１で駆動される発電機２と、圧縮空気１３を用いてディーゼル機関１を始動させる起動装置と、ディーゼル機関１のクランク軸７や発電機２のロータ１０の軸受９，１１とを備えたディーゼル発電設備において、軸受９，１１に潤滑油２８を供給する潤滑油供給ポンプ３９と、圧縮空気１３で潤滑油供給ポンプ３９を駆動するエアモータ
５２とを備え、起動装置でディーゼル機関１を始動させてディーゼル機関１で発電機２を駆動すると共に、停電発生時に、圧縮空気１３でエアモータを作動させ、エアモータで潤滑油供給ポンプ３９を駆動し、潤滑油供給ポンプ３９で軸受９，１１に潤滑油２８を供給するディーゼル発電設備。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電用プラントにおいて、外部電源が喪失した停電状態において、発電所内に電力を供給するために駆動されるディーゼル発電設備及びその運転方法に係わり、その非常用ディーゼル機関及び発電機を始動する際に軸受に潤滑油を供給するための技術を含んでいる。

発電プラントが装備されている発電所には、発電所外からの発電所への電力供給（外部電源）が途絶えた停電状態において非常用電源として用いる非常用ディーゼル発電設備が装備されている。

その停電時には、非常用ディーゼル発電設備を駆動して、発電所内で必要とする電力を発電所内の発電プラント等に給電している。非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関と、そのディーゼル機関で駆動される発電機と、ディーゼル機関のクランク軸や発電機の回転軸を受ける軸受へ潤滑油を供給する電動または機関駆動ポンプと、ディーゼル機関１を始動（起動ともいう。）させる始動系統として、空気始動方式の起動装置（非特許文献１及び非特許文献２参照）とを備えている。

発電用プラントが稼動し出力運転が行われている場合、非常用ディーゼル発電設備は待機状態にあり、発電用プラントによる電源からの電力が供給され電力駆動の電動ポンプである潤滑油プライミングポンプの常時または間欠運転により潤滑油はディーゼル機関の軸受及び発電機の軸受に循環され潤滑油膜が形成されている状態にある。

一方、発電用プラントの出力運転が行われてない状態では、非常用ディーゼル発電設備が停止し、潤滑油プライミングポンプが停止し非常用ディーゼル発電設備が待機除外状態にある場合、ディーゼル機関の軸受や発電機の軸受は潤滑油膜が十分に形成されない状態となっている。

平成１２年７月社団法人火力原子力発電技術協会発行の火原協会講座２６「火力発電所−全体計画と付属設備−（改訂版）」の第９０頁中第６項に記載の始動系統の欄 昭和６３年２月２８日社団法人電機学会発行の「新版電気工学ハンドブック」の第１０４３頁中の図８０

非常用ディーゼル発電設備が停止し、待機除外状態にあるディーゼル機関の軸受及び発電機の軸受には潤滑油膜が十分に形成されない状態となっている。その上で、発電所外からの外部電源も停電で喪失した停電状態となった場合に、外部電源による電力で潤滑油プライミングポンプを駆動することも出来ない。

そのため、停電状態発生時に発電所内に電力を供給すべく、非常用ディーゼル発電設備で電力を発電する際、その発電のために空気始動方式の起動装置でディーゼル機関を起動させて発電機で発電させるのであるが、その場合には、ディーゼル機関の軸受及び発電機の軸受が潤滑油膜のない状態で摺動し、軸受部で焼付けを起こす可能性があった。

したがって、本発明の目的は、停電状態発生時のディーゼル発電設備の運転を軸受部の焼付けを起こすことなく円滑に行えるようにすることにある。

本発明は、ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関で駆動される発電機と、圧縮空気を用いて前記ディーゼル機関を始動させる起動装置と、前記ディーゼル機関１及び前記発電機の少なくとも一方に組み込まれた回転軸の軸受とを備えたディーゼル発電設備において、前記軸受に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプと、前記圧縮空気で作動して前記潤滑油供給ポンプを駆動するエアモータとを備えたディーゼル発電設備を用い、圧縮空気を動力源とする起動装置でディーゼル機関を始動させて前記ディーゼル機関で発電機を駆動すると共に、停電発生時に、前記圧縮空気でエアモータを作動させ、前記エアモータで潤滑油供給ポンプを駆動し、前記潤滑油供給ポンプで前記軸受に前記潤滑油を供給する運転を実施するディーゼル発電設備の運転方法を実施するものである。

本発明によれば、外部電源からの電力を受けられない停電状態にあっても、ディーゼル発電設備を軸受部の焼付けを起こすことなく円滑に始動させることが出来る。

発電所の発電用プラントには、非常用ディーゼル発電設備が装備されている。非常用ディーゼル発電設備は、発電用プラントが停止し、且つ発電所外からの外部電源による発電所内への電力の供給が停止した停電状態発生時に、非常用ディーゼル発電設備が始動されて、電力を発電所内に供給する電源として機能する。

非常用ディーゼル発電設備は、ディーゼル機関１と発電機２とディーゼル機関１へ燃焼を供給する燃料系統とディーゼル機関１や発電機２内に装備された軸受９，１１に潤滑油２８を供給する潤滑油系統とを有している。ディーゼル機関１のクランク軸７は発電機２の回転軸であるロータ１０に接続され、ディーゼル機関１で発電機２を回転駆動することが出来るようにしてある。

ディーゼル機関１は次のような構成を有する。即ち、クランク軸７は軸受９で回転自在に支持され、そのクランク軸７には連接棒８を介してピストン４が接続され、ピストン４はシリンダ冷却室５４で囲われたシリンダ３内に内装されている。そのシリンダ３には、燃焼用空気を供給する吸気配管１８と燃焼後の排ガスを排気する排気配管１９とが接続されている。

このシリンダ３には燃料タンク１５との間で、燃料油１６をシリンダ３に供給できるように燃料油配管１７が接続された燃料系統を有する。シリンダ冷却室５４には、シリンダ冷却室入口５に冷却水機関入口配管２４が機関付清水ポンプ２３の吐出口との間に接続され、機関付清水ポンプ２３の吸込み口には冷却水冷却器２０との間で冷却水吸込み配管が接続されて冷却系統を構成している。

潤滑油系統は次のような系統構成である。即ち、潤滑油２８が貯留されている潤滑油タンク２７には、潤滑油プライミングポンプ入口配管３４の一端が接続され、その他端が電動式の潤滑油プライミングポンプ３５の吸込み口に接続されている。その潤滑油プライミングポンプ３５の吐出口には、潤滑油供給配管３６の一端が接続され、その潤滑油供給配管３６の他端は、各軸受９，１１に潤滑油２８が供給できるように各軸受側に接続されている。本実施例では、同様に、ディーゼル機関１の軸受９の他に、発電機２のロータ１０を受ける軸受１１にも潤滑油プライミングポンプ３５で潤滑油２８が供給されるようにされている。その潤滑油供給配管３６の途中には、軸受９，１１側から潤滑油プライミングポンプ３５側への潤滑油２８の逆流を止める逆止弁を備えている。

軸受９，１１に供給された潤滑油２８が潤滑に供せられて排出される個所には、その潤滑油２８を受け入れる潤滑油期間出口配管２９の一端が軸受９，１１側に接続され、その他端が潤滑油タンク２７に接続されている。潤滑油タンク２７には、潤滑油出口配管の一端が接続され、その他端が機関付循環油ポンプの吸込み口に接続されている。その機関付循環油ポンプ２６の吐出口には潤滑油冷却器入口配管３２の一端が接続され、その他端は潤滑油冷却器３１に接続されている。その潤滑油冷却器３１には、潤滑油冷却器出口配管３３の一端が接続され、その他端は潤滑油供給配管３６の途中に接続されている。その潤滑油冷却器出口配管３３にも逆止弁が軸受９，１１側から潤滑油冷却器３１側に逆流しないように設けられている。

機関付潤滑油ポンプ２６と機関付清水ポンプ２３とはクランク軸７に動力伝達機構を介して連動するように接続されている。そのため、ディーゼル機関１が始動されてしまえば、自動的にクランク軸７の回転と同時にポンプ作用を発揮することが出来る。

始動装置は、起動装置とも称せられ、以下の構成を有する。即ち、高圧な圧縮空気１３が貯留された空気貯槽１２には、始動空気配管１４の一端が接続され、その他端はシリンダ３に接続されている。その空気貯槽１２には、石油機関または電動で駆動される空気圧縮機を接続して空気貯槽１２内に常に所定圧以上の高圧な圧縮空気１３が存在するように構成してあっても良い。始動空気配管１４又は始動空気配管１４とシリンダ３の接続部には、シリンダ３へ吸気された空気や排気ガスや燃料油１６が始動空気配管１４側へ逆流して流入してシリンダ３の外に漏れないように弁などが装備されている。

空気貯槽１２には、圧縮空気供給配管３８の一端が接続され、その他端は、潤滑油供給ポンプ３９の駆動用エアモータ５２に圧縮空気供給弁３７を介して接続されている。潤滑油供給ポンプ３９は、図２のように、ポンプ５３の部分と、エアモータ５２の部分とに大別されている。エアモータ５２は、軸受４８で回転支持された軸４７と、その軸４７に装備された空気タービン４３と、その空気タービン４３を包囲するタービンケーシング４４とを備え、圧縮空気供給配管３８がタービンケーシング４４の圧縮空気１３入口に、空気排出配管４２の一端がタービンケーシング４４の排気口接続されている。

このようなエアモータ５２は、圧縮空気供給配管３８を通じて供給されてきた空気貯槽１２の圧縮空気１３が空気タービン４３に当てられてその空気タービン４３を回転駆動する。その後、空気タービン４３を回転駆動した圧縮空気１３は空気排出配管４２を通じて外気へ排出されてゆく。このようにエアモータ５２は空圧駆動方式のモータである。

軸４７の他端には、ポンプ５３としてターボポンプが接続されている。具体的には、図２のように、ターボポンプはの他端に装備されたポンプインペラ４５と、そのポンプインペラ４５を包囲するポンプケーシング４６とを備える。

ポンプケーシング４６とタービンケーシング４４とは一体にされ、エアモータ５２側とポンプ側とで流体の往来が発生しないように軸４７の周りに沿ってシール４９が施されている。これらのポンプケーシング４６とタービンケーシング４４は、支持脚５０を介して架台５１に据え付けられている。

ポンプ５３の吸込み口には、潤滑油吸込配管４０の一端が接続され、その他端は潤滑油プライミングポンプ入口配管３４の途中に接続されている。ポンプ５３の吐出口には、潤滑油吐出配管４１の一端が接続され、その他端が潤滑油供給配管３６に接続されている。その潤滑油吐出配管４１の途中には、潤滑油２８がポンプ５３側に逆流しないように逆止弁が装備されている。

このような非常用ディーゼル発電設備は、発電用プラントが稼動し発電電力の出力運転が行われている場合、非常用ディーゼル発電設備は、電力を出力する必要が無いので、待機状態にあり、その発電用プラントの発電電力を電源として潤滑油プライミングポンプ
３５の常時または間欠運転により潤滑油２８を潤滑油タンク２７から潤滑油プライミングポンプ入口配管３４を通じて吸込んで潤滑油供給配管３６を通じて軸受９，１１に圧送することで軸受９，１１に潤滑油２８を供給し、軸受９，１１から排出された潤滑油２８は再度潤滑油タンク２７内に潤滑油期間出口配管２９を通じて戻されるという循環が成され、各軸受９，１１に潤滑油膜の形成がなさる状態にある。

一方、発電用プラントが稼動を停止して発電電力の出力運転が行われていない場合、発電所外の外部電源からの電力の供給を受けて発電所内の電力消費機器側に供給する。しかし、その外部電源からの電力の供給も停止する停電状態発生時においては、潤滑油プライミングポンプ３５を駆動するための電力の供給が受けられず、非常用ディーゼル発電設備が待機除外状態で且つ停電状態にある場合、軸受９，１１は潤滑油膜が十分に形成されない状態となっている。

非常用ディーゼル発電設備が待機状態にある場合には、軸受９，１１には潤滑油膜が焼付けが発生しないように形成されているので、圧縮空気供給弁３７を閉じたまま空気貯槽１２から圧縮空気１３をディーゼル機関１のシリンダ３内に始動空気配管１４を通じて供給し、その圧縮空気１３の膨張力によりピストン４を動作することにより連接棒８を介してクランク軸７が回転され、各シリンダ３に着火が始まり燃料油１６による始動に自動的に切替る。

燃料油１６系は、燃料タンク１５から燃料油配管１７を通じて燃料油１６を自重によりシリンダ３へ供給する。その燃料はシリンダ３内で吸気配管１８を通じて吸込まれた空気と混合して高圧化で着火して爆発的に燃焼し、その際にピストン４を動作させてクランク軸７を回転させる。シリンダ３内に発生した燃焼ガスは排気配管１９を通じて大気へ排気される。このような動作を繰り返してディーゼル機関１の運転が始まると、ディーゼル機関１のクランク軸７に接続された発電機２のロータ１０も回転して発電機２が発電作用を起こし、発電機２から発電所内へ発電電力が供給されることになる。

ディーゼル機関１が運転されると、クランク軸７の回転と同期して機関付清水ポンプ
２３と機関付潤滑油ポンプ２６とが回転駆動する。そのため、冷却水冷却器２０によって冷却された清水２１が冷却水冷却器２０から冷却水吸込配管２２を通じて機関付清水ポンプ２３によって吸込まれ、冷却水機関入口配管２４を通じてシリンダ冷却室５４のシリンダ３冷却器入口に圧送され、シリンダ冷却室５４を流通してシリンダ３を冷却する。シリンダ３を冷却した清水２１はシリンダ冷却室５４内からシリンダ３冷却器出口から排出され冷却水機関出口配管２５を通じて冷却水冷却器２０に戻され、再度冷却しなおされてシリンダ３の冷却に再度用いられるという循環を繰り返す。

また、ディーゼル機関１が運転されるとクランク軸７の回転と同期して機関付潤滑油ポンプ２６が駆動されるので、潤滑油タンク２７内の潤滑油２８が潤滑油タンク出口配管
３０を通じて機関付潤滑油ポンプ２６に吸込まれて潤滑油冷却器入口配管３２を通じて潤滑油冷却器３１へ吐出される。潤滑油冷却器３１内で冷却された潤滑油２８は潤滑油冷却器出口配管を通じて潤滑油供給配管３６に入り、ついには各軸受９，１１へ潤滑油２８が供給される。各軸受９，１１で潤滑に用いられた潤滑油２８は潤滑油期間出口配管２９を通じて潤滑油タンク２７内に戻し入れられるという循環を繰り返す。

このようにして、ディーゼル機関１が始動した後には、潤滑油プライミングポンプ３５を駆動しなくとも潤滑油２８の軸受９，１１への供給が可能となる。

発電プラントの発電出力運転が行われてない状態で非常用ディーゼル発電設備が停止し、待機除外状態にある場合に、発電所外からの給電が止まるような外部電源喪失（停電状態）が発生した状況下で、発電のために非常用ディーゼル発電設備を始動する場合には、以下により行う。

即ち、圧縮空気供給弁３７を開くことにより、空気貯槽１２からの圧縮空気１３を圧縮空気供給配管３８を介して潤滑油供給ポンプ３９のエアモータ５２へ供給する。このようにすると、圧縮空気１３が空気タービン４３を回転駆動するので、エアモータ５２の軸
４７と同軸のポンプインペラ４５が同期して回転駆動される。そのため、潤滑油供給ポンプ３９が潤滑油吸込配管４０を通じて潤滑油タンク２７内の潤滑油２８を吸込み、潤滑油吐出配管４１と潤滑油供給配管３６とを順次通って各軸受９，１１へ吐出される。

そのため、ディーゼル機関１の始動前に軸受９，１１に供給されて潤滑油膜を軸受９，１１に形成する。軸受９，１１から排出された潤滑油２８は潤滑油期間出口配管２９を通じて潤滑油タンク２７に戻される。このようにして、非常用ディーゼル発電設備が待機除外状態であって、且つ外部電源喪失（停電状態）という状況下でも各軸受９，１１に潤滑油２８を循環させて各軸受９，１１における潤滑油膜の形成状態を維持する。

次に、記述の非常用ディーゼル発電設備の待機状態の場合と同様に、シリンダ３に空気貯槽１２の圧縮空気１３を供給してピストン４を駆動してディーゼル機関１の始動を開始させる。始動開始後には、ディーゼル機関１の各シリンダ３に着火が始まり燃料油１６による始動に自動的に切替る。ディーゼル機関１が燃料油１６による運転となった時点で圧縮空気供給弁３７を閉じて潤滑油供給ポンプ３９を止め、同じくシリンダ３への空気貯層からの圧縮空気１３の供給も止める。

ディーゼル機関１が燃料油１６による運転となった後には、記述の非常用ディーゼル発電設備の待機状態の場合と同様に、機関付潤滑油ポンプ２６が軸受９，１１への潤滑油
２８の供給を司るので、潤滑油供給ポンプ３９は停止させても差し支えない。

潤滑油供給ポンプ３９による潤滑油２８の軸受９，１１への供給開始はディーゼル機関１の始動前が好ましいが、その始動と同時であっても、軸受９，１１が焼付くことが無い程度に若干遅延しても良い。

ディーゼル機関１が燃料油１６による運転となった後には、クランク軸７の回転と同期して発電機２のロータ１０が回転駆動されるので、発電機２は発電作用を成して発電所内の電力消費機器へ給電することが出来る。

本発明は、発電所に装備される非常用ディーゼル発電設備に用いることが出来る。

本発明の一実施例による非常用ディーゼル発電設備の各系統の系統図である。 図１の潤滑油供給ポンプ部の詳細断面図である。

符号の説明

１…ディーゼル機関、２…発電機、３…シリンダ、４…ピストン、５…シリンダ冷却室入口、６…シリンダ冷却室出口、７…クランク軸、８…連接棒、９，１１，４８…軸受、１０…ロータ、１２…空気貯槽、１３…圧縮空気、１４…始動空気配管、１５…燃料タンク、１６…燃料油、１７…燃料油配管、１８…吸気配管、１９…排気配管、２０…冷却水冷却器、２１…清水、２２…冷却水吸込配管、２３…機関付清水ポンプ、２４…冷却水機関入口配管、２５…冷却水機関出口配管、２６…機関付潤滑油ポンプ、２７…潤滑油タンク、２８…潤滑油、２９…潤滑油期間出口配管、３０…潤滑油タンク出口配管、３１…潤滑油冷却器、３２…潤滑油冷却器入口配管、３３…潤滑油冷却器出口配管、３４…潤滑油プライミングポンプ入口配管、３５…潤滑油プライミングポンプ、３６…潤滑油供給配管、３７…圧縮空気供給弁、３８…圧縮空気供給配管、３９…潤滑油供給ポンプ、４０…潤滑油吸込配管、４１…潤滑油吐出配管、４２…空気排出配管、４３…空気タービン、４４…タービンケーシング、４５…ポンプインペラ、４６…ポンプケーシング、４７…軸、
４９…シール、５０…支持脚、５１…架台。

Claims (5)

1. ディーゼル機関と、前記ディーゼル機関で駆動される発電機と、圧縮空気を用いて前記ディーゼル機関を始動させる起動装置と、前記ディーゼル機関及び前記発電機の少なくとも一方に組み込まれた回転軸の軸受とを備えたディーゼル発電設備において、
   前記軸受に潤滑油を供給する潤滑油供給ポンプと、前記圧縮空気で作動して前記潤滑油供給ポンプを駆動するエアモータとを備えたディーゼル発電設備。
2. 請求項１において、前記潤滑油供給ポンプは、前記圧縮空気によって駆動されるターボポンプであるディーゼル発電設備。
3. 請求項１又は請求項２において、前記圧縮空気を蓄える空気貯槽を備え、前記空気貯層から前記エアモータと前記起動装置とに前記圧縮空気を供給可能としてあるディーゼル発電設備。
4. 圧縮空気を動力源とする起動装置でディーゼル機関を始動させ、前記ディーゼル機関で発電機を駆動すると共に、前記ディーゼル機関及び前記発電機の少なくとも一方に組み込まれた回転軸の軸受へ潤滑油を供給するディーゼル発電設備の運転方法において、
   停電発生時に、前記圧縮空気でエアモータを作動させ、前記エアモータで潤滑油供給ポンプを駆動し、前記潤滑油供給ポンプで前記軸受に前記潤滑油を供給する運転を実施するディーゼル発電設備の運転方法。
5. 請求項４において、停電発生時に前記圧縮空気を貯留する空気貯槽から前記起動装置と前記エアモータへ供給することを特徴としたディーゼル発電設備の運転方法。
   

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