JP2007259679A - 水力発電所用発電機軸受の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】保守が容易で、信頼性が高い水力発電所用発電機軸受の冷却システムを得ること。
【解決手段】水力発電所用発電機軸受の冷却システム２０は、タービン軸受冷却部３に清水である冷却水を循環して供給する循環路１１と、循環路の中間部に設けた水熱交換器１２と、循環路１１の冷却水を循環させる水ポンプ５、６と、循環路１１の中間部に介在するクッションタンク２と、水熱交換器１２を冷却する冷媒熱交換器を有する冷却水冷却装置１と、循環路１１を循環する冷却水の温度を検出する温度センサ７〜１０と、温度センサ７〜１０で検出した冷却水の温度に基づいて水ポンプ５〜６及び冷却水冷却装置１の運転を制御する制御装置１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は水力発電所用発電機軸受の冷却システムに関する。

従来の一般的な水力発電所用発電機軸受の冷却システムでは、水力発電所用発電機軸受の冷却に河川水を利用している。しかし、この冷却システムでは、台風、豪雨といった異常気象により河川水に多くの泥、砂を含んだ場合、その河川水の流路回路部品である水ポンプ、流量計等の機器の故障が生じ易く、面倒なメンテナンスを必要としていた。これらの故障による流路の詰まりが生ずると、冷却能力が低下してタービン軸受の冷却不足によるタービン軸受の信頼性が低下するおそれがあった。

そこで、特開昭６０−１３４４８号公報（特許文献１）に示された水力発電装置が案出されている。この水力発電装置は、円錐状支持部とステーベーンに冷却水循環孔を設け、これに冷却水入口パイプ、冷却水出口パイプを接続し、冷却水入口パイプと冷却水出口パイプとの間に第１ポンプ及び二次冷却水で冷却される熱交換器を配設し、冷却水を筒状枠内と熱交換器に循環させるようになっている。これによって、筒状枠内の冷却水が発電機冷却により昇温しても、第１ポンプにより熱交換器を介して循環することにより、発電機の冷却を継続できるとしている。なお、この水力発電装置は、下流側ステーベーンから下流側円錐状支持部を通して、下流側の軸受の上流側部分に開口する冷却水補給孔を設け、これに冷却水補給パイプを接続し、第２ポンプにより清水タンクから冷却水を補給させ、筒状枠内に外部流水が混入しないようにしている。

特開昭６０−１３４４８号公報

上述した特許文献１の水力発電装置では、熱交換器で冷却水を単に冷却するのみであるため、例えば発電機の負荷が増大するなどして発電機が異常に温度上昇した場合に、冷却水を循環するようにしたことにより、循環する冷却水の温度が徐々に上昇して発電機軸受の信頼性を確保することが難しくなるという課題があった。また、冷却水の水温は年間を通して大きく異なるため、冷却水の温度を年間を通して所定温度に維持する冷却システムが必要であった。

本発明の目的は、保守が容易で、高い信頼性を確保できる水力発電所用発電機軸受の冷却システムを得ることにある。

前述の目的を達成するために、本発明の水力発電所用発電機軸受の冷却システムは、タービン軸受冷却部に冷却水を循環して供給する循環路と、前記循環路の中間部に設けた水熱交換器と、前記循環路の冷却水を循環させる水ポンプと、前記水熱交換器を冷却する冷媒熱交換器を有する冷却水冷却装置と、前記循環路を循環する冷却水の温度を検出する温度センサと、前記温度センサで検出した冷却水の温度に基づいて前記冷却水冷却装置及び前記水ポンプの運転を制御する制御装置とを備えている構成としたものである。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記温度センサは、前記水熱交換器の入口側の冷却水の温度を検出する第１温度センサと、前記水熱交換器の出口側の冷却水の温度を検出する第２温度センサとを備え、前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能とを備えていること。
（２）前記水熱交換器と前記タービン軸受冷却部とを結ぶ前記循環路の往路管及び復路管の中間部に介在するクッションタンクを備え、前記水ポンプは、前記クッションタンクから前記水熱交換器に至る復路管に設けた第１水ポンプと、前記クッションタンクから前記タービン軸受冷却部に至る往路管に設けた第２水ポンプとを備えていること。
（３）前記（２）に加えて、前記温度センサは、前記水熱交換器の入口側の冷却水の温度を検出する第１温度センサと、前記水熱交換器の出口側の冷却水の温度を検出する第２温度センサと、前記クッションタンクの入口側の温度を検出する第３温度センサと、前記クッションタンクの出口側の温度を検出する第４温度センサとを備え、前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能と、前記第３温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能とを備えていること。

本発明の水力発電所用発電機軸受の冷却システムによれば、保守が容易で、高い信頼性を確保できる。

以下、本発明の一実施形態の水力発電所用発電機軸受の冷却システムについて図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態の水力発電所用発電機軸受の冷却システム２０の構成図、図２は図１の冷却システム２０の制御構成図である。

本実施形態の水力発電所用発電機軸受の冷却システム２０は、タービン軸受冷却部３に清水である冷却水を循環して供給する循環路１１と、循環路の中間部に設けた水熱交換器１２と、循環路１１の冷却水を循環させる水ポンプ５、６と、循環路１１の中間部に介在するクッションタンク２と、水熱交換器１２を冷却する冷媒熱交換器を有する冷却水冷却装置１と、循環路１１を循環する冷却水の温度を検出する温度センサ７〜１０と、温度センサ７〜１０で検出した冷却水の温度に基づいて水ポンプ５〜６及び冷却水冷却装置１の運転を制御する制御装置１３とを備えて構成されている。

タービン軸受冷却部３は、タービン軸４を軸支する軸受を冷却する部分で構成され、冷却水を供給して軸受を水潤滑するようになっている。循環路１１は、水熱交換器１２からタービン軸受冷却部３に冷却水を供給する往路管１１ａと、タービン軸受冷却部３から水熱交換器１２に冷却水を戻す復路管１１ｂとから構成されている。

冷却水冷却装置１は、圧縮機１４（図２参照）、放熱用熱交換器、膨張弁、水冷却装置などからなる冷凍サイクル、放熱用熱交換器に通風する送風機１５（図２参照）とを備えて構成されている。この冷却水冷却装置１は、水熱交換器１２と、これを冷却する冷媒熱交換器とからなっている。ここで、水冷却装置をステンレス製プレート式熱交換器で構成することにより、循環路１１に赤水が発生することを防止できる。

クッションタンク２は、循環する冷却水の一部を所定量だけ貯留して冷却水の循環量の増減に対応するためのもの、換言すれば、最低保有水量を確保し安定した水温制御をするためのものである。クッションタンク２は、水熱交換器１２とタービン軸受冷却部３とを結ぶ循環路１１の往路管１１ａ及び復路管１１ｂの中間部に介在するように設置されている。

水ポンプ５〜６は、クッションタンク２から水熱交換器１２に至る復路管１１ｂに設けた第１水ポンプ５と、クッションタンク２からタービン軸受冷却部３に至る往路管１１ａに設けた第２水ポンプ６とを備えて構成されている。

温度センサ７〜１０は、水熱交換器１２の入口側の冷却水の温度を検出する第１温度センサ７と、水熱交換器１２の出口側の冷却水の温度を検出する第２温度センサ８と、クッションタンク２の入口側の温度を検出する第３温度センサ９と、クッションタンク２の出口側の温度を検出する第４温度センサ１０とを備えて構成されている。

制御装置１３は、第１温度センサ７の検出温度に基づいて冷却水冷却装置１の運転をオンオフ制御する機能と、第２温度センサ８の検出温度が所定温度以下の場合に冷却水冷却装置１の運転をオフ制御する機能と、第３温度センサ９の検出温度に基づいて冷却水冷却装置１の運転をオンオフ制御する機能と、第２温度センサ１０の検出温度が所定温度以下の場合に第２水ポンプ６の運転をオフ制御する機能とを備えている。

かかる構成の冷却システム２０において、冷却水は、冷却水冷却装置１により供給され、クッションタンク２内に所定温度で貯留される。その貯留されたクッションタンク２内の冷却水は、タービン軸受冷却部３に供給されてその冷却を行う。タービン軸受冷却部３を冷却後の冷却水はクッションタンク２内に戻される。クッションタンク２内の温度が上昇すれば、冷却水冷却装置１によりクッションタンク２内の冷却水が所定温度になるよう運転される。冷却水は、第１ポンプ５及び第２ポンプ６により、冷却水冷却装置１とクッションタンク２とタービン軸受冷却部３と閉循環するシステム構成とされ、この循環路１１は閉じた構成とされているので、不純物が入りにくく、水質管理も容易となり、保守が容易になることから費用の削減も図れる。

本実施形態によれば、冷却水が清水であり、ポンプ、流量計等の水回路部品の故障が無く、信頼性が高い。これによって、保守が容易で、費用削減を図ることができる。また、循環路が閉回路であり、不純物が入りにくく、水質管理が容易である。これによって、保守が容易で、費用の削減を図ることができる。さらには、タービン軸受冷却部３への冷却水温度を安定して供給できるため、年間を通じて安定したタービン軸受冷却部の冷却が可能となる。

なお、上記冷却システムにおいて、冷凍サイクルの圧縮機としてインバータを使用して回転数制御するなど、冷却能力の容量制御を有する構成にすることにより、冷却水冷却装置１の出口の冷却水温度を一定水温に制御するようにすれば、クッションタンク２を廃止することも可能となり、システムの簡素化を図れる。

本発明の一実施形態の水力発電所用発電機軸受の冷却システムの構成図である。 図１の冷却システムの制御構成図である。

符号の説明

１…冷却水冷却装置、２…クッションタンク、３…タービン軸受冷却部、４…タービン軸、５…第１ポンプ（冷却装置用水ポンプ）、６…第２ポンプ（タービン軸受冷却用水ポンプ）、７…第１温度センサ、８…第２温度センサ、９…第３温度センサ、１０…第４温度センサ、１１…循環路、１２…水熱交換器、２０…水力発電所用発電機軸受の冷却システム。

Claims (4)

1. タービン軸受冷却部に冷却水を循環して供給する循環路と、
   前記循環路の中間部に設けた水熱交換器と、
   前記循環路の冷却水を循環させる水ポンプと、
   前記水熱交換器を冷却する冷媒熱交換器を有する冷却水冷却装置と、
   前記循環路を循環する冷却水の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサで検出した冷却水の温度に基づいて前記冷却水冷却装置及び前記水ポンプの運転を制御する制御装置とを備えている
   水力発電所用発電機軸受の冷却システム。
2. 請求項１において、
   前記温度センサは、前記水熱交換器の入口側の冷却水の温度を検出する第１温度センサと、前記水熱交換器の出口側の冷却水の温度を検出する第２温度センサとを備え、
   前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能とを備えている
   水力発電所用発電機軸受の冷却システム。
3. 請求項１において、前記水熱交換器と前記タービン軸受冷却部とを結ぶ前記循環路の往路管及び復路管の中間部に介在するクッションタンクを備え、前記水ポンプは、前記クッションタンクから前記水熱交換器に至る復路管に設けた第１水ポンプと、前記クッションタンクから前記タービン軸受冷却部に至る往路管に設けた第２水ポンプとを備えている水力発電所用発電機軸受の冷却システム。
4. 請求項３において、
   前記温度センサは、前記水熱交換器の入口側の冷却水の温度を検出する第１温度センサと、前記水熱交換器の出口側の冷却水の温度を検出する第２温度センサと、前記クッションタンクの入口側の温度を検出する第３温度センサと、前記クッションタンクの出口側の温度を検出する第４温度センサとを備え、
   前記制御装置は、前記第１温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能と、前記第３温度センサの検出温度に基づいて前記冷却水冷却装置の運転をオンオフ制御する機能と、前記第２温度センサの検出温度が所定温度以下の場合に前記冷却水冷却装置の運転をオフ制御する機能とを備えている
   水力発電所用発電機軸受の冷却システム。

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