JP2010071120A - Bearing lubricant circulation device for gas turbine generating facility - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置に係り、特に、店舗や病院等に設置される自家発電設備として好適なガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置に関する。 The present invention relates to a bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility, and more particularly to a bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility suitable as a private power generation facility installed in a store or a hospital.
一般に自家発電設備として用いられるガスタービン発電設備のうち、100kWから250kWクラスの容量のガスタービン発電設備は、特許文献1に開示されているように、発電機の軸受として油潤滑軸受を用いている。
Among gas turbine power generation facilities generally used as private power generation facilities, gas turbine power generation facilities with a capacity of 100 kW to 250 kW class use oil-lubricated bearings as generator bearings as disclosed in
特許文献1に開示のガスタービン発電設備は、軸受潤滑剤としての油をポンプで圧送して軸受部に供給する。軸受部では、通常は大気圧に開放されるため、軸受を潤滑した油を再びポンプ上流の油タンクまで戻し、しかも、潤滑剤の軸受部からの排出を完全にするため、油タンクは排煙ファンによってタンク内の空気を外部に排気してタンク内圧を大気よりも低減させている。軸受を潤滑した油は、上記の油タンクでの排煙によるタンク内負圧と軸受部の大気圧との圧力差を利用して軸受部分からの排出が行われる。ここで、軸受部の潤滑剤の排出を良好に行うためには、油タンクでの減圧を大きくする必要があり、発電装置の補機動力の消費が増すため、発電量の一部がその動力に消費され、結果として発電効率の低下を招くことになる。また、油タンクまでの戻りの排出配管長が長くなると、管路抵抗の増加分、潤滑剤の排出が悪くなり、結果として排煙ファンの容量が増加し補機動力が増し発電効率が低下する。
The gas turbine power generation facility disclosed in
本発明の目的は、ガスタービン発電設備(例えば、自家発電設備で100〜250kWクラスのガスタービン発電設備)に適用する軸受潤滑剤循環装置での、潤滑剤の循環に必要な補機動力を低減して、発電設備の発電効率を増加でき、しかも潤滑剤の良好な排出状態を維持できる軸受潤滑剤循環装置を提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the auxiliary power required for the circulation of the lubricant in the bearing lubricant circulation device applied to the gas turbine power generation equipment (for example, a gas turbine power generation equipment of 100 to 250 kW class with private power generation equipment). Thus, it is an object of the present invention to provide a bearing lubricant circulation device that can increase the power generation efficiency of the power generation equipment and can maintain a good discharge state of the lubricant.
本発明は、上記目的を達成するために、潤滑剤タンクを大気圧に開放された2つのタンクで構成し、この2つのタンクを、軸受部の下方に設置した潤滑剤排出タンク(サブタンク)とこの潤滑剤排出タンクより低位置に設置された潤滑剤供給タンク(メインタンク)とから構成し、サブタンクで軸受から排出される潤滑剤を一旦受け入れ、サブタンクからメインタンクに潤滑剤を重力作用で流すようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a lubricant tank composed of two tanks opened to atmospheric pressure, and these two tanks are provided with a lubricant discharge tank (sub tank) installed below the bearing portion. It consists of a lubricant supply tank (main tank) installed at a position lower than this lubricant discharge tank, and once receives the lubricant discharged from the bearing in the sub tank, and flows the lubricant from the sub tank to the main tank by gravity. It is what I did.
潤滑剤排出タンク(サブタンク)は軸受部の直下に設置することが好ましく、また、軸受部から潤滑剤排出タンクに潤滑剤を排出する潤滑剤排出配管を直管とするのが好ましい。 The lubricant discharge tank (sub tank) is preferably installed directly below the bearing portion, and the lubricant discharge pipe for discharging the lubricant from the bearing portion to the lubricant discharge tank is preferably a straight pipe.
また、潤滑剤排出タンク(サブタンク)は、潤滑剤排出管よりも断面積が十分大きく大気圧に開放された配管としても良い。 The lubricant discharge tank (sub tank) may be a pipe having a sufficiently larger cross-sectional area than the lubricant discharge pipe and opened to the atmospheric pressure.
本発明によれば、軸受部の下方に潤滑剤を受け止める大気に開放されたサブタンクを設け、このタンクで受けた潤滑剤を、サブタンクよりも低位置に設置される大気圧に開放されたメインタンクに重力作用のみで流すようにしている。その結果、第一に補機動力を低減するため排煙ファンを取り除くことができ、かつ、第二に位置エネルギーの差、つまりヘッド差だけで良好な排出が実現できる。従って、発電機軸受部下流の潤滑剤排出部に潤滑剤排出のための補機動力を必要とせず、潤滑剤の排出を良好に行えることができるため、さらに補機動力を低減できるガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置を提供することができる。 According to the present invention, a sub tank opened to the atmosphere for receiving the lubricant is provided below the bearing portion, and the lubricant received by the tank is opened to the atmospheric pressure installed at a lower position than the sub tank. It is made to flow only by gravity action. As a result, firstly, the smoke exhaust fan can be removed in order to reduce the auxiliary machine power, and second, good discharge can be realized only by the difference in potential energy, that is, the head difference. Therefore, it is not necessary to use auxiliary power for discharging the lubricant in the lubricant discharge section downstream of the generator bearing section, and it is possible to discharge the lubricant satisfactorily, so that the gas turbine power generation can further reduce auxiliary power. An equipment bearing lubricant circulation device can be provided.
特に、軸受部の直下にサブタンクを設置し、軸受部とサブタンク間の潤滑剤排出管距離を短く、また、直線状に配管することで、軸受部とサブタンク間の配管抵抗を減少して潤滑剤の排出を良好にできる。 In particular, a sub-tank is installed directly under the bearing section, the lubricant discharge pipe distance between the bearing section and the sub-tank is shortened, and the piping is straight, thereby reducing the piping resistance between the bearing section and the sub-tank. Can be discharged well.
このように軸受の潤滑剤の排出経路を、共に大気圧に開放されるサブタンクとメインタンクの2つのタンクから構成される排出流路を設けることで、軸受部からサブタンクまでは排出管長を短くできて管路抵抗の影響を少なくでき、軸受部からの良好な潤滑剤の排出が実現できる。また、サブタンクとメインタンクとは2つのタンク間のヘッド差で決まる流速から、循環ポンプで軸受部に供給する流量と同じ流量が確保できる配管径の配管で連結することで、サブタンク内の潤滑剤の液位を一定に保て、結果として、排出のための補機を用いないで良好な排出状態を維持できる。 Thus, by providing a discharge passage composed of two tanks, a sub tank and a main tank that are both open to the atmospheric pressure, the bearing lubricant discharge path can shorten the discharge pipe length from the bearing section to the sub tank. Therefore, the influence of the pipe resistance can be reduced, and good lubricant discharge from the bearing portion can be realized. Also, the sub tank and main tank are connected by a pipe with a pipe diameter that can secure the same flow rate as the flow rate supplied to the bearing by the circulation pump from the flow rate determined by the head difference between the two tanks. As a result, it is possible to maintain a good discharge state without using auxiliary equipment for discharge.
以下、本発明による第1の実施の形態を図1に示すガスタービン発電設備の軸受潤滑剤の循環システムを用いて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described using a bearing lubricant circulation system of a gas turbine power generation facility shown in FIG.
図1には、発電機本体と軸受潤滑剤循環装置を示す。発電機本体は、発電機1と、発電機ロータ5と、そのロータを指示する軸受4と、発電機ロータに取り付けられた圧縮機2とタービン3からなる。図1では、発電機本体を模式的に示したもので、発電機,圧縮機、及びタービンの詳しい構造と、ケーシング等の構成要素は省いている。軸受潤滑剤は、メインタンク10に貯えられていて、循環ポンプ7によって、潤滑剤供給管6を通して発電本体1に供給される(本実施例では、循環ポンプ7及び潤滑剤供給管6が、タンクから軸受に軸受潤滑剤を供給する系統ということになる。)。循環ポンプの下流側には、ラジエータ8が設置されていて、ラジエータファン9からの冷却風15によって熱交換され、軸受部で吸収した熱を放出する。潤滑剤排出管13A,13Bは、軸受部と直下に設置されたサブタンク11と繋がり、軸受潤滑剤をサブタンクに排出する(本実施例では、潤滑剤排出管13A,13Bが、軸受からタンクに軸受潤滑剤を排出する系統ということになる。)。軸受部とサブタンクは共に大気開放されているため、潤滑剤は軸受部とサブタンクのヘッド差だけで排出されるが、サブタンクが軸受直下に設置されているため、配管抵抗の影響はほとんど受けず、軸受部に潤滑剤を澱ますことなく、良好に排出させる。また、サブタンク11とメインタンク10は接続管12で連結されている。連結管の管径を適切に選定することで、つまり、両タンクのヘッド差で決まる流出速度と、循環ポンプ7の吐出流量に等しくなる管径の配管を設置することで、サブタンクに溜まった潤滑剤は、サブタンクをあふれることなく、メインタンクに流す。本実施例によれば、潤滑剤の貯留タンクには内圧を負圧に維持する排煙ファンを必要としないため、補機動力が低減でき、さらに、軸受下流側は、短管によって、潤滑剤はサブタンクに落とされるため、軸受部に不要な潤滑剤の溜まりが発生せず発電機内部への潤滑剤の漏れ等の不具合の発生を防止でき、良好な排水状態を得ることができるという効果がある。
FIG. 1 shows a generator body and a bearing lubricant circulation device. The generator body is composed of a
図2は図1に示した発電機と軸受装置部を示したものである。発電機ロータ5は2個の軸受4で支えられている。また、発電機ステータ29は中心部が開放されたドーナツ状の形状を有しており、その中心部に発電機ロータ5を囲むように設置されている。軸受ブラケット20側に設置される軸受4はスラスト軸受とジャーナル軸受が一体化されたコンバインド軸受である。発電機ロータ5の突起部27はスラスト軸受の当たり面となるスラストカラーで、軸受ブラケット20には、軸受潤滑剤の供給孔21が設けられており、潤滑剤供給孔21を通して供給された潤滑剤は軸受4を潤滑した後、図2の軸受の左側から排出される潤滑剤は軸受ブラケット20の空洞部24に流出して潤滑剤排出孔22を通して潤滑剤排出管13からサブタンク11に排出される。サブタンク11には、大気に開放する空気孔38が設けられている。軸受4の右側から排出される潤滑剤は軸受ブラケット20の空洞部28に流出して潤滑剤排出孔23を通して軸受ブラケットの空洞部24に流出し、潤滑剤排出孔22を通して潤滑剤排出管13からサブタンク11に排出される。軸受ブラケットには、潤滑剤が発電機ステータ側に漏れこまないようラビリンスシール25が、また、発電機外部に漏れ出さないようラビリンスシール26が設置されている。同様に、軸受ブラケット30側に設置される軸受4はジャーナル軸受である。軸受ブラケット30には、軸受潤滑剤の潤滑剤供給孔31が設けられており、潤滑剤供給孔31を通して供給された潤滑剤は軸受4を潤滑した後、図2の軸受の左側から排出される潤滑剤は軸受ブラケット30の空洞部34に流出して潤滑剤排出孔32を通して潤滑剤排出管13からサブタンク11に排出される。また、軸受4の右側から排出される潤滑剤は軸受ブラケット30の空洞部36に流出して潤滑剤排出孔33を通して軸受ブラケットの空洞部34に流出し、潤滑剤排出孔32を通して潤滑剤排出管13からサブタンク11に排出される。軸受ブラケットには、潤滑剤が発電機ステータ側に漏れこまないようラビリンスシール35が設置されている。本実施例によれば、潤滑剤排出管径は、潤滑剤供給孔と同等以上に大きく取れ、しかも、大気開放されたサブタンクとは、直線的に短距離で繋がれており、潤滑剤の排出に伴う管路抵抗は少なく、潤滑剤の排出が良好に実施できるという効果がある。
FIG. 2 shows the generator and the bearing unit shown in FIG. The
図3の実施例では、100kW〜200kW容量の再生サイクルガスタービン発電設備のパッケージに潤滑剤循環装置を設置した状態を示す。発電機1,圧縮機2,タービン3及び燃焼器40から成る発電機本体は、パッケージフレーム46の仕切り床板47の上側に設置されている。また本体は、上流側が、圧縮機の吸気側に大気と連通する吸気ダクト41と、下流側が、排気ダクト42,再生熱交換器43,排気サイレンサー44、及び排出ダクト45に接続されている。仕切り床板47の下側には、発電機ロータの回転数を制御し、発電機の出力制御を行う電力変換器48が設置されている。タービン本体に取り込まれる空気は、吸気ダクト41から入り(矢印50)、排出ダクト45から大気に放出される(矢印51)。一方、潤滑剤の冷却に使用される空気は、仕切り床板47の下段に設置されたラジエータファン9によって、大気から矢印52でパッケージ内に取り込まれ、電力変換器48を冷却して矢印53で示される部位を通ってパッケージ外(矢印54)で大気に排出される。図3で、潤滑剤排出用のサブタンク11を仕切り床板47上の発電機1の直下に配置して、直線状の潤滑剤排出管13A,13Bと接続している。また、メインタンク10を仕切り床板47の下段に設置して、サブタンク11とは接続管12で連結されている。サブタンク11が大気開放されているため、発電機内の軸受部とサブタンク11間は両者のヘッド差によって潤滑剤が排出されるが、排出管が直線状であり、かつ距離が短いため、管路抵抗は少なく、潤滑剤の排出は良好に行われる。また、サブタンク11とメインタンク10間も同様に両者のヘッド差による重力作用のみで、潤滑剤はメインタンクに戻される。ヘッド差で決まる流速から、接続管12の断面積の積が、潤滑剤供給体積流量と同等以上になるように接続管の管径を選ぶことにより、サブタンクとメインタンク間の潤滑剤の排出を良好に行うことができる。本実施例によれば、潤滑剤の排出側に排煙ファン等の補機を設置しなくても潤滑剤の排出は良好に行え、補機動力が低減できる分、発電効率が向上するという効果がある。
The embodiment of FIG. 3 shows a state where a lubricant circulation device is installed in a package of a regeneration cycle gas turbine power generation facility having a capacity of 100 kW to 200 kW. A generator main body including the
図4は本発明の他の実施例を示す図である。図4の実施例では、仕切り床板47上に設置されるサブタンクの代わりに、断面積の大きな配管55を設置して、この配管55と潤滑剤排出管13A,13B、及び接続管12を繋いだものである。配管55には空気孔38が設けられていて配管55内を大気圧状態に保っている。配管55は断面積が十分大きいため、容積も図3の実施例で示したサブタンクと同様に十分あり、しかも、配管内は大気圧状態のため、発電機軸受部からの潤滑剤の排出は図3に示した実施例と同様な効果をもたらす。
FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4, instead of the sub tank installed on the
なお、本実施例では、潤滑剤として油を想定した場合で記載したが、潤滑剤は液体あればよく、例えば、潤滑剤として水を用いた場合(例えば、特開2005−54779号公報に開示されたガスタービン発電設備に適用した場合)にも同様な効果が得られる。 In this embodiment, the case where oil is assumed as the lubricant is described. However, the lubricant may be liquid, for example, when water is used as the lubricant (for example, disclosed in JP-A-2005-54779). The same effect can be obtained in the case of application to a gas turbine power generation facility.
1 発電機
2 圧縮機
3 タービン
4A コンバインド型軸受
4B ジャーナル軸受
5 発電機ロータ
6 潤滑剤供給管
7 循環ポンプ
8 ラジエータ
9 ラジエータファン
10 メインタンク
11 サブタンク
12 接続管
13A,13B 潤滑剤排出管
14 潤滑剤
15 冷却風(ラジエータファンからの風)
20,30 軸受ブラケット
21,31 潤滑剤供給孔
22,23,32,33 潤滑剤排出孔
24,28,34,36 空洞部
25,26,35 ラビリンスシール
27 突起部(スラストカラー)
37 軸受ブラケット軸端蓋
38 空気孔
40 燃焼器
41 吸気ダクト
42 排気ダクト
43 再生熱交換器
44 排気サイレンサー
45 排出ダクト
46 パッケージフレーム
47 仕切り床板
48 電力変換器
50,51 タービン内に取り込まれる風の流れを示す矢印
52,53,54 パッケージ内に取り込まれる風の流れを示す矢印
55 配管
DESCRIPTION OF
20, 30
37 Bearing bracket shaft end cover 38
Claims (7)
軸受潤滑剤を収容するタンクと、
前記タンクから前記軸受に軸受潤滑剤を供給する系統と、
前記軸受から前記タンクに軸受潤滑剤を排出する系統とから潤滑剤循環経路を形成し、
前記タンクを、大気圧に開放された2つのタンクであって、前記軸受潤滑剤を排出する系統に接続された潤滑剤排出タンクと、該潤滑剤排出タンクの下方に設置され、前記軸受潤滑剤を供給する系統に接続された潤滑剤供給タンクとから構成すると共に、前記潤滑剤排出タンクと前記潤滑剤供給タンクとを接続する配管を設けたことを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 A lubricant circulation device for a bearing that supports a rotor of a generator,
A tank containing the bearing lubricant;
A system for supplying a bearing lubricant from the tank to the bearing;
Forming a lubricant circulation path from a system for discharging the bearing lubricant from the bearing to the tank;
The tanks are two tanks opened to atmospheric pressure, and are connected to a system for discharging the bearing lubricant, and are installed below the lubricant discharge tank, and the bearing lubricant And a lubricant supply tank connected to a system for supplying gas, and a pipe for connecting the lubricant discharge tank and the lubricant supply tank is provided. Circulation device.
軸受潤滑剤を収容するタンクを、
前記発電機のケーシング外の直下に配置され大気圧に開放された潤滑剤排出タンクと、
前記潤滑剤排出タンクより低位置に設置され、該潤滑剤排出タンクから軸受潤滑剤を受け入れる潤滑剤供給タンクとから構成し、
前記軸受からの潤滑剤排出管を前記潤滑剤排出タンクと接続したことを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 In the lubricant circulation device of the bearing that supports the rotor of the generator,
A tank containing the bearing lubricant,
A lubricant discharge tank that is disposed directly under the generator casing and opened to atmospheric pressure;
A lubricant supply tank that is installed at a lower position than the lubricant discharge tank and receives a bearing lubricant from the lubricant discharge tank;
A bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility, wherein a lubricant discharge pipe from the bearing is connected to the lubricant discharge tank.
前記軸受と前記潤滑剤排出タンクを直線状の潤滑剤排出配管で接続することを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 In claim 1,
A bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility, wherein the bearing and the lubricant discharge tank are connected by a linear lubricant discharge pipe.
前記潤滑剤排出管を直線状の配管としたことを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 In claim 2,
A bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility, wherein the lubricant discharge pipe is a straight pipe.
ガスタービン発電設備はパッケージ内に配置され、
前記パッケージは仕切り床板によって二段に構成されており、
前記発電機及び前記潤滑剤排出タンクは、前記仕切り床板の上側に設置され、かつ、前記潤滑剤排出タンクは、前記発電機直下の前記仕切り床板上に設置され、
前記潤滑剤供給タンクは、前記仕切り床板の下側に設置されていることを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 In any one of Claims 1-4,
The gas turbine power plant is located in the package,
The package is configured in two stages by a partition floor board,
The generator and the lubricant discharge tank are installed on the upper side of the partition floor plate, and the lubricant discharge tank is installed on the partition floor plate directly under the generator,
The said lubricant supply tank is installed under the said partition floor board, The bearing lubricant circulation apparatus of the gas turbine power generation equipment characterized by the above-mentioned.
前記潤滑剤排出タンクにかえて、前記潤滑剤排出管よりも断面積が十分大きく大気圧に開放された配管を用いたことを特徴とするガスタービン発電設備の軸受潤滑剤循環装置。 In any one of Claims 3-5,
A bearing lubricant circulation device for a gas turbine power generation facility, wherein a pipe having a sufficiently larger cross-sectional area than the lubricant discharge pipe and opened to an atmospheric pressure is used instead of the lubricant discharge tank.
前記ロータを発電機の両側で支持する軸受と、
前記軸受に潤滑剤を供給する潤滑剤供給配管と、
前記軸受から排出された潤滑剤を受け入れるタンクと、
前記潤滑剤供給配管の経路に設けられ前記タンク内の潤滑剤を送液する循環ポンプとを有し、
前記タンクは、前記軸受から排出された潤滑剤を受け入れる大気圧に開放された潤滑剤排出タンクと、前記潤滑剤排出タンクよりも下方に設置され、前記潤滑剤排出タンクからの潤滑剤を受け入れる潤滑剤供給タンクとを有するガスタービン設備。 A gas turbine facility in which a compressor, a turbine, and a generator are supported by a coaxial rotor,
Bearings for supporting the rotor on both sides of the generator;
A lubricant supply pipe for supplying a lubricant to the bearing;
A tank for receiving the lubricant discharged from the bearing;
A circulation pump that is provided in a route of the lubricant supply pipe and feeds the lubricant in the tank;
The tank is provided with a lubricant discharge tank that is open to atmospheric pressure that receives the lubricant discharged from the bearing, and a lubricant that is installed below the lubricant discharge tank and receives the lubricant from the lubricant discharge tank. A gas turbine facility having an agent supply tank.
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