JP2011139628A

JP2011139628A - 水素冷却式発電機の潤滑油ドレンシステム

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Publication number: JP2011139628A
Application number: JP2010285238A
Authority: JP
Inventors: James Daniel Antalek; ジェームス・ダニエル・アンタレク; Jeffrey James Andritz; ジェフリー・ジェームス・アンドリッツ; Anthony James George; アンソニー・ジェームス・ジョージ; Hans Knuijt; ハンス・クヌイット; Abby Magro; アビー・マグロ; Kevin Jon O'dell; ケヴィン・ジョン・オデル; Fotios Raftelis; フォティオス・ラフテリス; Steven Paul Scarlata; スティーブン・ポール・スカーラタ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: GB201021481D0; GB2476712B; KR101735841B1; KR20110080127A; GB2476712A; US8051953B2; US20110163018A1; JP5738586B2; DE102010061581A1

Abstract

【課題】水素冷却式発電機（２）の潤滑油ドレンシステム（２０）を提供する。
【解決手段】潤滑油ドレンシステム（２０）は、中空内部（４２）を有する水素デトレイニングタンク（３４）を備えており、該タンク（３４）にはセンサー（６３）が装着される。センサー（６３）は中空内部（４２）の潤滑油と水素ガスとの境界域（４７）を検出するように構成・配置される。水素デトレイニングタンク（３４）にドレンライン（５０）が流体連結している。ドレンライン（５０）は中空内部（４２）に露出した第１の端部（５２）と第２の端部（５３）を含む。ドレンライン（５０）は弁（５８）を備える。センサー（６３）及び弁（５８）にコントローラー（７０）が接続される。コントローラー（７０）は、境界域（４７）がドレンライン（５０）の第１の端部（５２）よりも上方にあると、弁（５８）を選択的に開いて潤滑油の一部が流出するように構成される。
【選択図】図１

Description

本明細書に開示される主題は水素冷却式発電機の技術、より詳細には水素冷却式発電機用の潤滑油ドレンシステムに関する。

水素冷却式発電機は、デトレイニング（detraining）タンクを含むシールオイル又は潤滑油のドレンシステムを含む。デトレイニングタンクは、潤滑油から同伴水素が抜け出せるようにする。水素を除去した後、潤滑油は発電機に再導入される。作動中、潤滑油は発電機の回転部品に沿って流れ、デトレイニングタンクに達する前に水素を捕捉する。デトレイニングタンクで、水素は潤滑油から逃散又は脱出する。潤滑油は蓄積され、最終的に直立管から流れ出て、リサイクルタンクに向かって流れる。リサイクルタンクに達する前に、潤滑油はフロートトラップを通過する。正常な作動状態で、潤滑油圧力が１５ｐｓｉより高いとき、フロートトラップは、潤滑油と共に直立管から流れ出すおそれのある水素がリサイクルタンクへと通過するのを防ぐ。

始動時間の際、潤滑油圧力が５ｐｓｉ未満のとき、フロートトラップは適切に機能しない。かかる期間中は、手動のオーバーライドシステムが使用される。具体的には、始動中、又はその他低い作動圧力の期間中、オペレーターは、潤滑油をリサイクルタンクから隔離する弁を手動で操作しなければならない。弁は、オペレーターが潤滑油の流れを監視できるようにするのぞき窓を備える。オペレーターは潤滑油中に（気泡又は泡の形態の）水素が見えると、のぞき窓の潤滑油のレベルを保つように弁を調節する。手作業が必要とされることに加えて、上記システムでは比較的高い水素レベルを有する潤滑油がリサイクルタンクに達するおそれがある。すなわち、フロート弁は気体状水素がリサイクルタンクに入るのを抑制するが、若干の水素ガスは直立管から流れ出る水素中に混入したまま残る。直立管に入る潤滑油はデトレイニングタンク内で水素ガスと接触するので、潤滑油中の水素レベルは高いままである。

米国特許第５１８６２７７号明細書

本発明の１つの態様では、水素冷却式発電機は回転部材を含む。回転部材は、第１の端部と第２の端部を有する。１以上の潤滑油システムが回転部材と動作可能に結合している。１以上の潤滑油システムは、第１の端部から第２の端部まで延在するドレン管を含む。第１の端部は回転部材と流体連結している。ドレン管の第２の端部には水素デトレイニングタンクが流体連結している。水素デトレイニングタンクは、外面と内面を有する本体部分を含んでおり、内面は中空内部を画成する。水素デトレイニングタンクにはセンサーが動作可能に装着されている。センサーは、中空内部の所定量の潤滑油と所定量の水素ガスとの境界域を検出するように構成・配置される。水素デトレイニングタンクにドレンラインが流体連結している。ドレンラインは、中空内部に露出された第１の端部と、第２の端部を含む。弁がドレンラインの第１の端部と第２の端部の間に装着されている。弁は、ドレンラインを通る流体の流れを制御するように構成されている。コントローラーがセンサー及び弁に動作可能に接続されている。コントローラーは、境界域がドレンラインの第１の端部よりも上方にあるとき、弁を選択的に開いて、潤滑油の量の一部が中空内部から流れ出すように構成・配置される。

本発明の別の態様では、潤滑油を水素冷却式発電機から排出する方法は、潤滑油を水素冷却式発電機の第１の回転部材シール及び第２の回転部材シールの一方からデトレイニングタンクに通し、所定量の潤滑油を水素デトレイニングタンク内に蓄積させ、所定量の水素ガスを上記量の潤滑油から分離し、上記量の水素ガスと上記量の潤滑油との境界域を検出し、上記量の潤滑油の一部をドレンラインの第１の端部に通すことを含む。ドレンラインの第１の端部は境界域の下方に離隔して配置される。

本発明のさらに別の態様では、水素冷却式発電機用の潤滑油システムは、第１の端部から第２の端部まで延在するドレン管を含む。第１の端部は水素冷却式発電機と流体連結している。ドレン管の第２の端部には水素デトレイニングタンクが流体連結している。水素デトレイニングタンクは、外面と内面を有する本体部分を含んでおり、内面は中空内部を画成する。水素デトレイニングタンクにはセンサーが動作可能に装着されている。センサーは、中空内部の所定量の潤滑油と所定量の水素ガスとの境界域を検出するように構成・配置される。水素デトレイニングタンクにドレンラインが流体連結している。ドレンラインは中空内部に露出された第１の端部と、第２の端部とを含む。弁がドレンラインの第１の端部と第２の端部の間に装着されている。弁はドレンラインを通る流体の流れを制御するように構成されている。コントローラーがセンサー及び弁と動作可能に接続されている。コントローラーは、境界域がドレンラインの第１の端部よりも上方にあるとき、弁を選択的に開いて、量の潤滑油の一部が中空内部から流れ出すように構成・配置される。

上記その他の利点及び特徴は、添付の図面と関連する以下の説明からより明白になるであろう。

本発明とみなされる主題は、本明細書に後続する特許請求の範囲に特に示され明白に記載されている。本発明の上記その他の特徴、並びに利点は添付の図面と関連する以下の詳細な説明から明らかとなる。

図１は、例示的な実施形態に係る潤滑油ドレンシステムを備える水素冷却式発電機の概略図である。図２は、図１の潤滑油ドレンシステムのための制御を示すブロック図である。

以下の詳細な説明で、一例として図面を参照して、本発明の実施形態を利点及び特徴と共に説明する。

図１を参照して、例示的な実施形態に従って構築された水素冷却式発電機の全体を符号２で示す。水素冷却式発電機２は、第１又はタービン端部１０と第２又はコレクター端部１２とを含む回転部材すなわち回転シャフト８を有する本体４を含む。タービン端部１０は第１のシール１４を含んでおり、コレクター端部１２は第２のシール１５を含む。第１及び第２のシール１４，１５には、シールオイルのような潤滑油が必要とされ、以下で詳しく説明するようにドレンシステムに通される。シールオイルは、発電機２から、特に第１及び第２のシール１４，１５の周辺領域から水素ガスが漏れるのを防ぐ。図に示す例示的な実施形態では、水素冷却式発電機２は、第１のシール１４と流体連結した第１のドレンシステム２０と、第２のシール１５と流体連結した第２のドレンシステム２２とを備える。図に示すように、第１のドレンシステム２０は、第１の端部３０から第２の端部３１まで延在するドレン管２９を含む。第１の端部３０は第１のシール１４と流体連結しており、第２の端部３１は水素デトレイニングタンク３４と流体連結している。以下で詳しく説明するように、水素デトレイニングタンク３４は、水素冷却式発電機２を流れる潤滑油に混入した水素ガスを除去するためのシステムをもたらす。具体的には、シールオイルに同伴又は混入した水素は、水素デトレイニングタンク３４で除去又は抜け出る。

水素デトレイニングタンク３４は、外面３８と内面３９を有する本体部分３６を含んでおり、内面３９は中空内部４２を画成する。中空内部４２には、シールオイルのような所定量の潤滑油４４と所定量の水素ガスが存在する。所定量の潤滑油４４は境界域４７で所定量の水素ガスから分離される。ドレンライン５０は、所定量の潤滑油４４の一部を中空内部４２から流すための通路を与える。端に向かって、ドレンライン５０は、中空内部４２に露出された第１の端部５２を含む。第１の端部５２から中間部５４を通って第２の端部５３まで延在する。第２の端部５３は制御弁５８を介して主ドレン５６に連結されている。制御弁５８は、以下で詳しく説明するように、所定量の潤滑油４４の一部を水素デトレイニングタンク３４から流すことができるように選択的に作動する。

例示的な実施形態では、潤滑油ドレンシステムは水素デトレイニングタンク３４内に配置されたセンサー６３を含む。液面トランスミッターの形態で示すセンサー６３は、ドレンライン５０の第１の端部５２に対する境界域４７の位置の指標を与える。この例示的な実施形態では、センサー６３はコントローラー７０に作動連結されており、コントローラー７０は図２に最も明瞭に示されているように弁５８にも連結されている。コントローラー７０はセンサー６３から水素デトレイニングタンク３４内の境界域４７の位置を示す信号を受信する。境界域４７が第１の端部５２よりも上方にあることをセンサー６３からの信号が示すと、弁５８を開いて、量の潤滑油４４の一部が主ドレン５６に流れるようにする。コントローラー７０は、水素デトレイニングタンク３４からの潤滑油の放出を制御する量で弁５８を開く。具体的には、センサー６３は、潤滑油が主ドレン５６に流れる間、境界域４７の位置を監視し続ける。この構成で、コントローラー７０は、水素デトレイニングタンク３４内の潤滑油を所定のレベルに維持するように比例して弁５８を開く量を調節する。

弁５８がなにがしかの理由で開かないときのため、潤滑油ドレンシステム２０は水素デトレイニングタンク３４内に配置された直立管８０を備える。直立管８０は、中空内部４２で第１の端部５２よりも上方まで延びる第１の端部８２を含む。第１の端部８２から中間部８５を通って第２の端部８４まで延在する。流体トラップ８９が第２の端部８４に設けられる。この構成で、センサー６３が弁５８の作動を惹起せずに、潤滑油４４の量が第１の所定の距離を超えて上昇し第１の端部８２に達すると、以下で詳しく説明するように潤滑油４４の量の一部が直立管８０を通って主ドレン５６に向けて流れる。ドレンライン５０及び直立管８０に加えて、水素デトレイニングタンク３４は、オペレーターが分析のために水素ガス４５の一部を抜き取ることのできる掃気ライン９２、並びにオペレーターが中空内部４２から潤滑油４４を手動で排出することのできる手動ドレン９４も備えているものとして示してある。

上記と同様に、第２の潤滑油ドレンシステム２２は第１の端部１１１から第２の端部１１２まで延在するドレン管１１０を含む。第１の端部１１１は第２のシール１５に流体連結され、第２の端部１１２は水素デトレイニングタンク１１６に流体接続している。水素デトレイニングタンク１１６は外面１２１と、中空内部１２４を画成する内面１２２とを有する本体部分１１９を含む。所定量の潤滑油１２８と所定量の水素ガス１２９が中空内部１２４に存在しており、境界域１３２で分離される。ドレンライン１３７は、潤滑油１２８の量の一部を主ドレン５６に流すことのできる通路を与える。ドレンライン１３７は第１の端部１３９から中間部１４１を通って第２の端部１４０まで延在する。第１の端部１３９は中空内部１２４に延在しており、第２の端部１４０は弁１４６と流体連結している。上記と同様に、弁１４６は、潤滑油１２８の量の一部をドレンライン１３７から主ドレン５６に流すことができるように選択的に作動する。

やはり上記と同様に、水素デトレイニングタンク１１６は、ドレンライン１３７の第１の端部１３９に対する境界域１３２の位置を検出するように構成・配置されたセンサー１５０を含む。センサー１５０はコントローラー７０及び弁１４６に動作可能に接続されている。コントローラー７０は水素デトレイニングタンク１１６からの潤滑油の放出を制御する量で弁１４６を開く。具体的には、センサー１５０は、潤滑油が主ドレン５６に流れる間、境界域１３２の位置を監視し続ける。この構成で、コントローラー７０は水素デトレイニングタンク１１６内の潤滑油を所定のレベルに維持するように比例して弁１４６を開く量を調節する。

潤滑油ドレンシステム２２は、水素デトレイニングタンク１１６に流体接続された直立管１６０も備えるものとして示してある。直立管１６０は、中空内部１２４でドレンライン１３７の第１の端部１３９よりも上方まで延びる第１の端部１６２を含む。第１の端部１６２から中間部１６４を通って第２の端部１６３まで延在する。図に示す実施形態では、第２の端部１６３はフロートトラップ１７０と流体連結している。上記と同様に、直立管１６０はコントローラー７０のバックアップとして役立つ。すなわち、境界域１３２が第１の端部１３９の上方の第１の所定の距離に達しても弁１４６が開かない場合、潤滑油の量は中空内部１２４に蓄積し続ける。境界域１３２が第１の端部１６２に達したら、潤滑油の量の一部がフロートトラップ１７０に向かって直立管１６０に流れ込む。フロートトラップ１７０は、当技術分野で公知のように、直立管１６０を流れる気体状水素が主ドレン５６に達するのを防ぐ。また、例示的な実施形態では、直立管１６０の中間部１６４に連結された流体トラップ８９も図に示す。このように、第１及び第２の潤滑油ドレンシステム２０，２２は共に主ドレン５６に連結されているが、水素デトレイニングタンク３４は流体トラップ８９で水素デトレイニングタンク１１６から隔離している。最後に、水素デトレイニングタンク１１６は、掃気ライン１７６、手動ドレン１７７、及びフロートトラップ１７０に流体連結されたベント１７９を備えるものとして示してある。

なお、例示的な実施形態では、水素デトレイニングタンク内の潤滑油の量と水素ガスとの境界域を決定するシステムについて説明したものと理解されたい。境界域がデトレイニングタンクの出口よりも上方の所定のレベルになったら、弁が自動的に開き、潤滑油が主ドレンに流れ、水素冷却式発電機２に戻されてリサイクルされる。この構成で、潤滑油は水素デトレイニングタンクの境界域よりも下方から引き抜かれる。従って、引き抜かれた潤滑油は水素ガスを実質的に含有しない。すなわち、潤滑油が境界域でドレンに流され、潤滑油が所定量の水素を依然として含んでいる現行のシステムと対照的に、本発明は境界域下方に十分に離隔した位置から潤滑油を引き抜くので、ドレンを流れるものはたとえ水素を含有していたとしてもわずかしか含んでいない。なお、図に示すように物理的に連結している複数の水素デトレイニングタンクを有するシステムに加えて、本発明は単一の水素デトレイニングタンク又は互いに離隔した複数の水素デトレイニングタンクを含むシステムにも適用可能である。

限られた数の実施形態のみと関連して本発明を詳細に説明して来たが、本発明がかかる開示された実施形態に限定されないことは明らかであろう。本発明は、上記で述べなかったが本発明の思想及び範囲に相応する任意の数の変化、変更、置換又は等価な配置を取り込むように修正することができる。また、本発明の様々な実施形態について記載して来たが、本発明の態様は記載した実施形態の幾つかのみを含み得るものと理解されたい。従って、本発明は以上の記載に限定されることはなく、特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。

２水素冷却式発電機
４本体
８回転シャフト
１０第１の／タービン端部
１２第２の／コレクター端部
１４第１のベアリング
１５第２のベアリング
２０第１の潤滑システム
２２第２の潤滑システム
２９ドレン管
３０第１の端部
３１第２の端部
３４水素デトレイニングタンク
３６本体部分
３８外面
３９内面
４２中空内部
４４潤滑油の量
４５Ｈ_２ガスの量
４７境界域
５０ドレンライン
５２第１の端部
５３第２の端部
５４中間部
５６主ドレン
５８弁
６３センサー
７０制御コントロール
８０直立管
８２第１の端部
８４第２の端部
８５中間部
８７カバー
８９流体トラップ
９２掃気ライン
９４手動ドレン
１１０ドレン管
１１１第１の端部
１１２第２の端部
１１６水素デトレイニングタンク
１１９本体部分
１２１外面
１２２内面
１２４中空内部
１２８潤滑油の量
１２９水素ガスの量
１３２境界域
１３７ドレンライン
１３９第１の端部
１４０第２の端部
１４１中間部
１４６弁
１５０センサー
１６０直立管
１６２第１の端
１６３第２の端
１６４中間部
１６７カバー
１７０フロートトラップ
１７６掃気ライン
１７７手動ドレン
１７９ベントフロートトラップ

Claims

第１の端部（１０）から第２の端部（１２）まで延在する回転部材（８）と、回転部材と動作可能に結合した１以上の潤滑油ドレンシステム（２０，２２）とを備える水素冷却式発電機（２）であって、１以上の潤滑油ドレンシステム（２０，２２）が、
第１の端部（３０，１１１）から第２の端部（３１，１１２）まで延在するドレン管（２９，１１０）であって、第１の端部（３０，１１１）が回転部材（８）と流体結合しているドレン管（２９，１１０）と、
ドレン管（２９，１１０）の第２の端部（３１，１１２）に流体連結した水素デトレイニングタンク（３４，１１６）であって、外面（３８，１２１）と、中空内部（４２，１１９）を画成する内面（３９，１２２）とを有する本体部分（３６，１１９）を含む水素デトレイニングタンク（３４，１１６）と、
水素デトレイニングタンク（３４，１１６）に動作可能に装着されたセンサー（６３，１５０）であって、中空内部（４２，１２４）の所定量の潤滑油（４４，１２８）と所定量の水素ガス（４５，１２９）との境界域（４７，１３２）を検出するように構成・配置されたセンサー（６３，１５０）と、
水素デトレイニングタンク（３４，１１６）に流体連結されたドレンライン（５０，１３７）であって、中空内部（４２，１２４）に露出した第１の端部（５２，１３９）と、第２の端部（５３，１４０）とを有するドレンライン（５０，１３７）と、
ドレンライン（５０，１５７）の第１の端部（５２，１３９）と第２の端部（５３，１４０）の間に装着され、流体の流れを制御するように構成された弁（５８，１４６）と、
センサー（６３，１５０）及び弁（５８，１４６）に動作可能に接続され、境界域（４７，１３２）がドレンライン（５０，１３７）の第１の端部（５２，１３９）よりも上方にあるときに弁（５８，１４６）を選択的に開いて潤滑油（４８，１２８）の量の一部が中空内部（４２，１２４）から流れ出すように構成・配置されているコントローラー（７０）と
を備える、水素冷却式発電機（２）。
センサー（６３，１５０）が液面トランスミッターである、請求項１記載の水素冷却式発電機（２）。
さらに、第１の端部（８２，１６２）から第２の端部（８４，１６３）まで延在する直立管（８０，１６０）を含んでおり、第１の端部（８２，１６２）が中空内部で第１の端部（１２，１２０）よりも上方まで延びており、境界域（４７，１３２）がドレンライン（５０，１３７）の第１の端部（５２，１３９）よりも上方で、直立管（８０，１６０）の第１の端部よりも下方にあるときにコントローラー（７０）が弁（１５８，１４６）を選択的に開く、請求項１記載の水素冷却式発電機（２）。
さらに、直立管（８０，１６０）の第２の端部（８４，１６３）に流体接続した流体トラップ（８９，１７０）を含む、請求項３記載の水素冷却式発電機（２）。
１以上の潤滑油ドレンシステム（２０，２２）が、回転部材（８）の第１の端部（１０）と動作可能に結合した第１の潤滑油ドレンシステム（２０）及び回転部材（８）の第２の端部（１２）と動作可能に結合した第２の潤滑油ドレンシステム（２２）を含んでおり、第１の潤滑油ドレンシステム（２０）が第１の水素デトレイニングタンク（３４）を含んでおり、第２の潤滑油ドレンシステム（２２）が第２の水素デトレイニングタンク（１１６）を含んでいる、請求項１記載の水素冷却式発電機（２）。
第１の水素デトレイニングタンク（３４）が第２の水素デトレイニングタンク（１１６）と物理的に連結している、請求項５記載の水素冷却式発電機（２）。
第１の水素デトレイニングタンク（３４）が第１の端部（８２）及び第２の端部（８４）を有する第１の直立管（８０）を含み、第１の端部（８２）が中空内部（４２）を第１の端部（５２）よりも上方まで延びており、第２の水素デトレイニングタンク（１１６）が第１の端部（１６２）及び第２の端部（１６３）を有する第２の直立管（１６０）を含み、第１の端部（１６２）が中空内部（１２９）を第１の端部（１３９）よりも上方まで延びている、請求項５記載の水素冷却式発電機（２）。
第１の直立管（８０）が第２の端部（８４）と流体接続した流体トラップ（８２）を含んでおり、第２の直立管（１６０）が第２の端部（１６３）と流体接続したフロートトラップ（１７０）を含んでいる、請求項７記載の水素冷却式発電機（２）。
流体トラップ（８２）がフロートトラップ（１７０）の上流で第２の直立管（１６０）と流体接続している、請求項８記載の水素冷却式発電機（２）。