JP2012057520A - 潤滑油の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりな改造を要することなく、復水器で生成された復水を利用して軸受潤滑用の潤滑油を冷却できるようにすること。
【解決手段】蒸気タービン（高圧蒸気タービン１１、低圧蒸気タービン１２）で使用した水蒸気を冷却し凝縮させて復水にする復水器３１から復水ポンプ３３で復水を吸引して蒸気タービン（高圧蒸気タービン１１、低圧蒸気タービン１２）のボイラに送る復水経路３２上に、復水器３１と復水ポンプ３３との間を通る復水を冷媒とする冷却水冷却器１０２を配置し、軸受１１ａ、１２ａ、１３ａを潤滑する潤滑油ＬＯを溜めて潤滑後の排油である潤滑油ＬＯを回収する主油タンク５４に溜められた潤滑油ＬＯを取り出し、これを油冷却器１１０によって冷却して主油タンク５４に戻すようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発電機の軸受やこの発電機を駆動するタービンの軸受を潤滑する潤滑油を冷却するための潤滑油の冷却装置に係り、特に、蒸気タービンで使用した水蒸気を復水器で冷却し凝縮させた後の復水を冷媒として用いる潤滑油の冷却装置に関する。

発電設備で使用される蒸気タービンやガスタービン等の各種タービン、タービンに駆動される発電機では、その回転軸を支える軸受に対する潤滑油の供給が不可欠である。潤滑油は、潤滑油循環システムに取り込まれて制御され、主油タンクから軸受に供給された後、軸受から再び主油タンクに戻される。主油タンクから軸受に供給される際の潤滑油の温度は、例えば４５〜５０℃程度の適温に維持される一方、軸受から排油される潤滑油の温度は、軸受で発生した熱エネルギーの影響を受けて６０℃程度まで上昇する。潤滑油の循環システムは、６０℃程度まで温度上昇した潤滑油を油冷却器で冷却し、４５〜５０℃程度の適温にして再び軸受に送り出す。

図４は、潤滑油の冷却装置１の従来の一例を示す回路図である。図４に示す一例では、高圧蒸気タービン１１の軸受１１ａ、低圧蒸気タービン１２の軸受１２ａ、および発電機１３の軸受１３ａを潤滑する潤滑油ＬＯを冷却の対象としている。発電機１３は、高圧蒸気タービン１１と低圧蒸気タービン１２とによって駆動される。

潤滑油循環システム５１は、潤滑油供給ライン５２と排油ライン５３とを介して個々の軸受１１ａ、１２ａ、１３ａに連絡している。潤滑油供給ライン５２は、主油タンク５４から個々の軸受１１ａ、１２ａ、１３ａに潤滑油ＬＯを供給するラインである。排油ライン５３は、個々の軸受１１ａ、１２ａ、１３ａから排油された潤滑油ＬＯを再び主油タンク５４に戻すラインである。潤滑油循環システム５１中、潤滑油ＬＯに循環の流れを生じさせているのは、主油ポンプ５５およびブースターポンプ５６である。ブースターポンプ５６は、主油ポンプ５５からの高圧の潤滑油ＬＯを駆動源として動作する。もっとも、蒸気タービン１１、１２の起動時、ブースターポンプ５６は、電動式の油ポンプ（図示を省略）によって駆動される。その後、通常運転時になると、主油ポンプ５５は、主油タンク５４から潤滑油ＬＯを吸引して蒸気タービン１１、１２に高圧の制御油を供給すると共に、その一部をブースターポンプ５６の駆動源として利用する。こうして、潤滑油ＬＯに循環の流れが生ずる。

潤滑油循環システム５１は、油冷却器５７を備えている。油冷却器５７は、例えば海から取水した海水を冷媒とする軸受冷却水により、潤滑油ＬＯを冷却する。油冷却器５７に対する軸受冷却水の取り込みは、冷却水バルブ５８によって制御される。油冷却器５７は、一例として、軸受１１ａ、１２ａ、１３ａで発生した熱エネルギーの影響を受けて６０℃程度まで上昇して主油タンク５４に戻された潤滑油ＬＯの温度を、例えば４５〜５０℃程度の適温にする。

図４に例示する潤滑油の冷却装置１が有している問題は、油冷却器５７を通過することによって軸受に発生した熱エネルギーが何ら利用されることなく、軸受冷却水の冷媒である海水を通じてそのまま海に廃棄されてしまうという点である。一例として、１５６ＭＷ級の蒸気タービンプラントを例に挙げて無駄になるエネルギー量を考える。この規模の蒸気タービンの場合、約１２０ｋｌ／ｈで潤滑油が循環している。とすると、軸受で発生した熱エネルギー量は、約０．７４×１０^６
ｋｃａｌ／ｈである。１５６ＭＷ時の燃料熱量は、約３５０×１０^６
ｋｃａｌ／ｈであるから、０．２％、電力に換算すると約３３０ｋＷｈものエネルギーが活用されることなく廃棄されることになる。この際、軸受冷却水の冷媒である海水を通じて海水を温めてしまうという別の問題も発生する。

この問題を解決するために、従来、蒸気タービンに用いられる復水器で生成された復水を冷媒として潤滑油を冷却することが提案されている（特許文献１〜３参照）。

特開２００４−０３６５３５公報 特開２００４−３５３５７１公報 特開２００６−００９５９２公報

特許文献１〜３が開示する復水を利用した潤滑油の冷却装置は、いずれも、復水器で生成された復水の本来の経路から分岐した潤滑油冷却用の経路を設置している。このため、既設の設備を利用して設置しようとすると、大掛かりな改造を余儀なくされるという問題が発生する。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、大掛かりな改造を要することなく、復水器で生成された復水を利用して軸受潤滑用の潤滑油を冷却できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明の潤滑油の冷却装置は、軸受を潤滑する潤滑油を溜めて前記軸受潤滑後の排油を回収する主油タンクと、蒸気タービンで使用した水蒸気を冷却し凝縮させて復水にする復水器と、前記蒸気タービンのボイラに送るために前記復水器から復水を吸引する復水ポンプと、前記復水器と前記復水ポンプとの間を通る復水を冷媒とする冷却器と、前記主油タンクに溜められた潤滑油を取り出し前記冷却器によって冷却し前記主油タンクに戻す潤滑油循環装置と、を備えることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、既存設備に対して復水器と復水ポンプとの間に冷却器を設置するという改造を施し、後は潤滑油循環装置を新設するだけで、大掛かりな改造を要することなく、復水器で生成された復水を利用して軸受潤滑用の潤滑油を冷却することができる。

実施の一形態として、潤滑油の冷却装置を示す回路図。 本実施の形態の潤滑油の冷却装置の冷媒取り出し部分（復水器と復水ポンプとの間の部分）を示す正面図。 潤滑油が冷却される仕組みを説明するための模式図。 潤滑油の冷却装置の従来の一例を示す回路図。

実施の一形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は、図４に例示する既存の設備を利用して潤滑油ＬＯの冷却装置１０１を構築した一例である。本実施の形態において、図４を参照して前述した潤滑油ＬＯの冷却装置１は、既存の冷却装置１として撤去することなく、設備を生かしている。そこで、図４に示すシステムついて説明した部分と同一部分は同一符号で示し説明も省略する。

図１は、実施の一形態として、潤滑油ＬＯの冷却装置１０１を示す回路図である。本システムは、蒸気タービンである高圧蒸気タービン１１および低圧蒸気タービン１２で使用した水蒸気を冷却し凝縮させて復水ＳＣ（図２参照）にする復水器３１を既存設備として備えている。復水器３１で生成された復水ＳＣは、復水経路３２に配置された復水ポンプ３３によって吸引され、脱気器で脱気後、高圧蒸気タービン１１および低圧蒸気タービン１２のボイラが内蔵する蒸気発生器（いずれも図示せず）に送られる。本システムは、復水器３１と復水ポンプ３３との間を通る復水ＳＣを冷媒として利用し、主油タンク５４に溜められた潤滑油ＬＯを冷却する。

図２は、本実施の形態の潤滑油ＬＯの冷却装置１０１の冷媒取り出し部分（復水器３１と復水ポンプ３３との間の部分）を示す正面図である。図２に示すように、復水器３１は復水タンク３４に復水ＳＣを溜める。復水タンク３４は、底面にストレーナ３５を備え、復水経路３２はストレーナ３５に連結している。復水経路３２は、ストレーナ３５の下方位置で略直角に屈曲している。復水ポンプ３３は、電動機３３ａとバーレル３３ｂとの組み合わせによって構成され、入口側には入口弁３７、出口側には出口弁３８を配置している。復水器３１の復水タンク３４と復水ポンプ３３との水頭差は、約１．５ｍ程度である。図２中、ここまで既存設備である。

図１、図２に示すように、本実施の形態において、既存設備に対する改造部分は、復水器３１が有するストレーナ３５の直ぐ下流に電動弁３６を配置し、この電動弁３６と復水ポンプ３３の入口弁３７との間に冷却器としての冷却水冷却器１０２を配置した点である。冷却水冷却器１０２は、新設の冷却装置１０１において、復水器３１と復水ポンプ３３との間を通る復水ＳＣを冷媒として利用するための構造物である。冷却装置１０１は、主油タンク５４に溜められた潤滑油ＬＯを取り出し冷却水冷却器１０２によって冷却して主油タンク５４に戻す潤滑油循環装置１０３を備え、この潤滑油循環装置１０３によって潤滑油ＬＯの冷却を実現している。

潤滑油循環装置１０３は、冷却水冷却器１０２の側の冷却水経路１０４と主油タンク５４の側の潤滑油経路１０５とを有している。

冷却水経路１０４は、冷却水循環ポンプ１０６で配管内部の冷却水を循環させ、冷却水冷却器１０２を通る冷却水の循環経路を形成している。冷却水の循環経路中、冷却水冷却器１０２の入口側には冷媒入口弁１０７、冷却水冷却器１０２の出口側には冷媒出口弁１０８がそれぞれ配置され、冷却水循環ポンプ１０６の下流側には調整弁１０９が配置されている。調整弁１０９は、冷却水経路１０４中の冷却水の流量を調整する。流量調整されて冷却水経路１０４を循環する冷却水には、純水の使用が好適である。

潤滑油経路１０５は、冷却水経路１０４を循環する冷却水を冷媒とする油冷却器１１０を含み、油移送ポンプ１１１で主油タンク５４に溜められた潤滑油ＬＯを取り出し循環させる潤滑油ＬＯの循環経路を形成している。

図３は、潤滑油ＬＯが冷却される仕組みを説明するための模式図である。冷却水冷却器１０２は、復水器３１から復水経路３２に送り出された復水ＳＣを冷媒として冷却される。そこで、冷却水経路１０４を循環する冷却水は、冷却水冷却器１０２を通過することによって冷却される。油冷却器１１０は、冷却水経路１０４を循環する冷却水を冷媒として冷却される。そこで、潤滑油経路１０５を循環する潤滑油ＬＯは、油冷却器１１０を通過することによって冷却される。これが、本実施の形態における主油タンク５４に溜められた潤滑油ＬＯの冷却原理である。ここで、より具体的な数値を当てはめてより詳しく説明する。

復水器３１において、復水タンク３４に溜められている復水ＳＣの温度は、約４０．０℃程度である。したがって、復水ポンプ３３で吸引されて復水経路３２に送り出された復水ＳＣは、約４０．０℃程度の温度で冷却水冷却器１０２を通過する。この際、主油タンク５４に回収された潤滑油ＬＯの油温度は、約６０．０℃程度である。したがって、油移送ポンプ１１１によって主油タンク５４から潤滑油経路１０５に送り出された潤滑油ＬＯは、約６０．０℃程度の温度で油冷却器１１０を通過する。

ここで、復水経路３２中、復水ポンプ３３によって復水タンク３４から吸引された復水ＳＣの復水流量ｘを３００ｍ^３
／ｈ、冷却水冷却器１０２の伝熱面積ｘを７０ｍ^２ 、熱伝達率ｘを３４０ｋｃａｌ／ｍ^２
ｈ℃とする。冷却水経路１０４中、冷却水循環ポンプ１０６による冷却水の流量ｘを２０ｍ^３
／ｈとする。そして、潤滑油経路１０５中、油移送ポンプ１１１による潤滑油ＬＯの流量ｘを２０ｍ^３
／ｈ、油冷却器１１０の伝熱面積ｘを４０ｍ^２ 、熱伝達率ｘを３４０ｋｃａｌ／ｍ^２
ｈ℃とする。

上記条件の下、冷却水経路１０４を循環し冷却水冷却器１０２を通過する冷却水は、復水経路３２に送り出された約４０．０℃の温度の復水ＳＣを冷媒として冷却される。この際、冷却水経路１０４を循環する冷却水は、油冷却器１１０での潤滑油ＬＯの冷却によって温度上昇し、冷却水冷却器１０２には約４７．３℃の温度で入り、復水経路３２を通過する復水ＳＣに冷却されて約４２．５℃の温度で冷却水冷却器１０２を通過する。そこで、潤滑油経路１０５を循環し油冷却器１１０を通過する潤滑油ＬＯは、冷却水冷却器１０２を通過した約４２．５℃の温度の冷却水を冷媒として冷却される。この際、主油タンク５４から送り出された潤滑油ＬＯは約６０．０℃の温度で油冷却器１１０に入り、冷却水経路１０４を循環する冷却水に冷却されて約４８．０℃の温度で油冷却器１１０を通過し、主油タンク５４に戻される。こうして、高圧蒸気タービン１１、低圧蒸気タービン１２および発電機１３の軸受１１ａ、１２ａ、１３ａを潤滑するための潤滑油ＬＯを冷却することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、既存設備に対して復水器３１と復水ポンプ３３との間に冷却水冷却器１０２を設置するという改造を施し、後は潤滑油循環装置１０３を新設するだけで、大掛かりな改造を要することなく、復水器３１で生成された復水ＳＣを利用して軸受潤滑用の潤滑油ＬＯを冷却することができる。

この際、復水経路３２では、復水器３１に連絡する復水ポンプ３３の入口側で大きな流れが生ずる。この流れは、復水ポンプ３３の液体吸引作用に、復水器３１と復水ポンプ３３との間の１．５ｍ程度の水頭差が重畳されてより一層大きくなる。冷却水冷却器１０２は、こうして大きな流れが生ずる復水ポンプ３３の入口側、つまり、復水器３１と復水ポンプ３３との間に設置されて当該部分を通る復水ＳＣを冷媒とするので、高い冷却効率をもって冷却される。したがって、冷却水経路１０４に直接的に復水ＳＣを導き入れずとも、軸受１１ａ、１２ａ、１３ａの潤滑によって温度上昇した潤滑油ＬＯを十分に冷却することができる。

しかも、本実施の形態によれば、復水ＳＣを冷媒として直接的に潤滑油ＬＯの潤滑油経路１０５を冷却するのではなく、冷却水経路１０４を介在させている。これにより、復水ＳＣに潤滑油ＬＯが混入してしまうようなもしもの事故を確実に防止することができ、安全性を高めることができる。

さらに、本実施の形態によれば、高圧蒸気タービン１１および低圧蒸気タービン１２に不可欠である復水器３１で生成される復水ＳＣを冷媒として高圧蒸気タービン１１および低圧蒸気タービン１２並びにこれらを駆動源とする発電機１３の軸受１１ａ、１２ａ、１３ａを潤滑する潤滑油ＬＯを冷却する。したがって、別途に冷媒を用意する必要がなく、極めて効率的なシステム構築が可能となる。

なお、既存設備であるそもそもの冷却装置１については、新設の冷却装置１０１を設置した場合でも、分解廃棄するには及ばない。冷却装置１０１に何らかの障害が発生した場合、冷却装置１を稼動させて潤滑油ＬＯを冷却するという有効な使途が残されているからである。実施に際しては、このような予備的な使用に備えて、冷却装置１を準備状態に維持しておくことが望ましい。もっとも、このような冷却装置１の利用の示唆は、本実施の形態のシステムにおいて、冷却装置１の残置を必須のものとする意図ではなく、必要なければ、冷却装置１を分解し廃棄することは一向に差し支えない。

１１ 高圧蒸気タービン（蒸気タービン）
１１ａ 軸受
１２ 低圧蒸気タービン（蒸気タービン）
１２ａ 軸受
１３ 発電機
１３ａ 軸受
３１ 復水器
３３ 復水ポンプ
５４ 主油タンク
１０２ 冷却水冷却器（冷却器）
１０３ 潤滑油循環装置
１０４ 冷却水経路
１０５ 潤滑油経路
１１０ 油冷却器
ＬＯ 潤滑油
ＳＣ 復水

Claims (5)

1. 軸受を潤滑する潤滑油を溜めて前記軸受潤滑後の排油を回収する主油タンクと、
   蒸気タービンで使用した水蒸気を冷却し凝縮させて復水にする復水器と、
   前記蒸気タービンのボイラに送るために前記復水器から復水を吸引する復水ポンプと、
   前記復水器と前記復水ポンプとの間を通る復水を冷媒とする冷却器と、
   前記主油タンクに溜められた潤滑油を取り出し前記冷却器によって冷却し前記主油タンクに戻す潤滑油循環装置と、
   を備える、ことを特徴とする潤滑油の冷却装置。
2. 前記潤滑油循環装置は、
   前記冷却器を含んだ冷却水の循環経路を形成する冷却水経路と、
   前記冷却水経路を循環する冷却水を冷媒とする油冷却器を含んで前記主油タンクに溜められた潤滑油を取り出し循環させる潤滑油経路と、
   を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の潤滑油の冷却装置。
3. 前記復水ポンプは、前記復水器の復水排出口よりも低位置に設置されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の潤滑油の冷却装置。
4. 前記軸受は、前記蒸気タービンの軸受である、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の潤滑油の冷却装置。
5. 前記軸受は、前記蒸気タービンによって駆動される発電機の軸受である、ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の潤滑油の冷却装置。

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