JP3217898U

JP3217898U - Small steam generator

Info

Publication number: JP3217898U
Application number: JP2018002416U
Authority: JP
Inventors: 秀雄岩見
Original assignee: 内外特殊エンジ株式会社
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2028-06-27

Abstract

【課題】蒸気供給源から供給される高圧蒸気の圧力が変化しても、高圧蒸気の圧力を低減させて蒸気を利用するプロセス処理の種類が変更されても、比較的に安定した電力を取り出すことができる小型蒸気発電装置を提供する。
【解決手段】高圧蒸気を導入して複数の蒸気噴射ノズルから蒸気を複数の羽根に吹き付けて羽根およびロータを回転させるとともに蒸気の圧力を低減させて調整する減圧・羽根車ユニット１２を備え、ロータと一体的に回転する回転軸３６を誘導電動機１６の駆動軸に連結し、電源周波数を変化させて誘導電動機の同期速度を制御するインバータ５８、回転軸の回転数を計測するパルス発生器６０、および、パルス発生器によって計測された回転数に基づいて誘導電動機の同期速度が回転速度より小さくなるようにインバータへ指令信号を送ってインバータにより誘導電動機の同期速度を制御するコントローラ６２を備えて小型蒸気発電装置を構成する。
【選択図】図１Even if the pressure of high-pressure steam supplied from a steam supply source changes, or even if the type of process processing using steam is changed by reducing the pressure of high-pressure steam, relatively stable power can be extracted. Provided is a small steam power generation apparatus capable of
A decompression / impeller unit (12) that introduces high-pressure steam and sprays steam from a plurality of steam injection nozzles onto a plurality of blades to rotate the blades and the rotor and adjust the pressure by reducing the pressure of the steam is provided. A rotary shaft 36 that rotates integrally with the drive shaft of the induction motor 16, an inverter 58 that controls the synchronous speed of the induction motor by changing the power frequency, a pulse generator 60 that measures the rotational speed of the rotary motor, And a controller 62 that sends a command signal to the inverter so that the synchronous speed of the induction motor becomes smaller than the rotational speed based on the rotational speed measured by the pulse generator, and controls the synchronous speed of the induction motor by the inverter. A steam power generator is configured.
[Selection] Figure 1

Description

この考案は、ボイラ等で発生した高圧蒸気の圧力を所定圧力に低減させて各種のプロセス処理に使用する場合において、高圧蒸気の圧力を低減させる過程で蒸気の圧力によって回転羽根を回転させ、その回転エネルギを電気エネルギに変換する小型蒸気発電装置に関する。 In this device, when the pressure of high-pressure steam generated in a boiler or the like is reduced to a predetermined pressure and used for various process processes, the rotating blades are rotated by the pressure of the steam in the process of reducing the pressure of high-pressure steam. The present invention relates to a small steam generator that converts rotational energy into electrical energy.

ボイラ等で発生した高圧蒸気を利用する装置として、蒸気の持つ速度エネルギにより回転羽根を回転させて機械的エネルギに変換しその動力によって発電機を駆動させる蒸気タービンが広く使用されている。この蒸気タービンは、大型の設備により長時間にわたり連続的に稼働させて大容量の電気エネルギを生産するのに適したものであり、蒸気の持つエネルギの一部だけを利用して小電力の発電を行うような方式には向いておらず、小型の設備では却って効率が悪くなる。そこで、蒸気の圧力を所定圧力に低減させるとともにその際のエネルギを利用して発電させる小型の蒸気発電装置として、例えば、回転軸と一体的に回転するロータの外周面に放射状に複数の羽根を固着し、それらロータおよび複数の羽根を包囲するように、羽根の外方端と近接し対向する環状周壁部を有し前面側中央部に蒸気吐出口が形設されたケーシングを配設し、このケーシングの環状周壁部の外周面側を環状に包囲するように、蒸気導入口を有する外側ケーシングを配設し、ケーシングの環状周壁部に、ケーシングと外側ケーシングとの間に画定される環状通路へ蒸気導入口を通って送り込まれた蒸気を前記複数の羽根に吹き付けて羽根およびロータを回転させるとともに蒸気の圧力を低減させて調整する複数の蒸気噴射ノズルを円周方向に配列して設け、ロータと一体的に回転する回転軸に発電機の駆動軸を連結した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 As a device that uses high-pressure steam generated in a boiler or the like, a steam turbine that rotates a rotating blade by speed energy of steam to convert it into mechanical energy and drives a generator by its power is widely used. This steam turbine is suitable for producing large-capacity electric energy by continuously operating it for a long time with a large facility, and using only a part of the energy of steam, It is not suitable for a system that performs the above, and the efficiency becomes worse with a small facility. Therefore, as a small steam power generation apparatus that reduces the steam pressure to a predetermined pressure and generates power using the energy at that time, for example, a plurality of blades are radially provided on the outer peripheral surface of the rotor that rotates integrally with the rotation shaft. A casing having an annular peripheral wall portion adjacent to and facing the outer end of the blades and having a steam discharge port formed in the center portion on the front side is disposed so as to surround the rotor and the plurality of blades, An outer casing having a steam inlet is disposed so as to annularly surround the outer peripheral surface side of the annular peripheral wall portion of the casing, and an annular passage defined between the casing and the outer casing is formed in the annular peripheral wall portion of the casing. A plurality of steam injection nozzles for adjusting the steam pressure by reducing the pressure of the steam while rotating the blade and the rotor by blowing the steam fed through the steam inlet to the plurality of blades Provided orient, devices coupled to the drive shaft of the generator to the rotating shaft that rotates the rotor and integrally has been proposed (e.g., see Patent Document 1.).

特許第４１６７４７１号公報（第５−７頁、図１−図４）Japanese Patent No. 4167471 (page 5-7, FIGS. 1 to 4)

特許文献１に開示された小型蒸気発電装置を使用すると、小型の設備により、蒸気供給源から供給される高圧蒸気の圧力を低減させて調整するとともに、高圧蒸気が保有しているエネルギを電気エネルギに変換して有効利用することができる。しかしながら、ボイラで発生させる高圧蒸気の圧力は季節や天候などによって変化し、それに伴って発電量が変動する。また、高圧蒸気の圧力を低減させて蒸気を利用する場合に、蒸気を利用しようとするプロセス処理の種類が変更されたりにすると発電量が変動することとなる。 When the small steam generator disclosed in Patent Document 1 is used, the pressure of the high-pressure steam supplied from the steam supply source is reduced and adjusted by a small facility, and the energy held by the high-pressure steam is converted into electric energy. Can be used effectively. However, the pressure of the high-pressure steam generated in the boiler changes depending on the season and weather, and the power generation amount fluctuates accordingly. In addition, when the steam is used while reducing the pressure of the high-pressure steam, the amount of power generation varies if the type of process processing that uses the steam is changed.

この考案は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、蒸気供給源から供給される高圧蒸気の圧力が変化し、また、高圧蒸気の圧力を低減させて蒸気を利用するプロセス処理の種類が変更されても、比較的に安定した電力を取り出すことができる小型蒸気発電装置を提供することを目的とする。 This invention has been made in view of the above circumstances, and the pressure of the high-pressure steam supplied from the steam supply source changes, and the process of using the steam by reducing the pressure of the high-pressure steam. It is an object of the present invention to provide a small steam generator that can extract relatively stable power even if the type is changed.

この考案では、複数の羽根に蒸気を吹き付けて回転させるロータと一体的に回転する回転軸の回転エネルギを電気エネルギに変換するために、発電機に代えて誘導電動機を使用し、蒸気の噴射圧力に応じて、従ってロータおよび回転軸の回転数に応じて、誘導電動機の電源周波数を変化させ、誘導電動機の同期速度を制御する、といった手段により上記目的を達成した。
すなわち、この考案は、回転自在に支持された回転軸と、この回転軸の一端側に、一体的にかつ回転軸と同心に固着されたロータと、このロータの外周面に、その円周方向に等配してそれぞれ放射状に固着された複数の羽根と、前記ロータおよび前記複数の羽根を包囲するように配設され、複数の羽根の外方端と近接して対向する環状周壁部を有し前面側中央部に蒸気吐出口が形設されたケーシングと、このケーシングの環状周壁部の外周面側を環状に包囲するように配設され、蒸気供給源に流路接続された蒸気導入口を有する外側ケーシングと、前記ケーシングの環状周壁部に、その円周方向に配列して設けられ、ケーシングと前記外側ケーシングとの間に画定される環状通路へ前記蒸気導入口を通って送り込まれた蒸気を前記各羽根にそれぞれ吹き付けて羽根および前記ロータを回転させるとともに蒸気の圧力を低減させて調整する複数の蒸気噴射ノズルと、前記回転軸の他端側に伝動機構を介して駆動軸が連結された誘導電動機と、を備えた小型蒸気発電装置であって、電源周波数を変化させて前記誘導電動機の同期速度を制御するインバータと、前記回転軸の回転数を計測する回転数計測手段と、この回転数計測手段によって計測された回転軸の回転数に基づいて、前記誘導電動機の同期速度が誘導電動機の回転速度より小さくなるように、前記インバータへ指令信号を送ってインバータにより前記誘導電動機の同期速度を制御するコントローラと、をさらに備え、前記誘導電動機を、その回転速度より常に小さい同期速度に制御することによって誘導電動機に発生する回生電力を得るようにしたことを特徴とする。 In this device, an induction motor is used in place of a generator to convert the rotational energy of a rotating shaft that rotates integrally with a rotor that blows and rotates steam to a plurality of blades into electrical energy. Accordingly, the above object is achieved by means of changing the power supply frequency of the induction motor and controlling the synchronous speed of the induction motor according to the number of rotations of the rotor and the rotating shaft.
That is, the present invention includes a rotating shaft that is rotatably supported, a rotor that is integrally and concentrically fixed to one end of the rotating shaft, and a circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor. And a plurality of blades that are radially fixed to each other and an annular peripheral wall portion that is disposed so as to surround the rotor and the plurality of blades and that faces the outer ends of the plurality of blades in close proximity. A casing having a steam outlet formed in the front center portion, and a steam inlet arranged to surround the outer peripheral surface side of the annular peripheral wall portion of the casing in a ring shape and connected to the steam supply source by a flow path An outer casing having the outer casing and an annular peripheral wall portion of the casing arranged in a circumferential direction thereof, and fed into the annular passage defined between the casing and the outer casing through the steam inlet Steam is applied to each blade. A plurality of steam injection nozzles that spray and rotate to rotate the blades and the rotor and reduce the steam pressure, and an induction motor having a drive shaft connected to the other end of the rotating shaft via a transmission mechanism; , An inverter that controls a synchronous speed of the induction motor by changing a power supply frequency, a rotational speed measuring means that measures the rotational speed of the rotating shaft, and the rotational speed measuring means Based on the number of rotations of the rotating shaft measured by the step, a command signal is sent to the inverter so that the synchronous speed of the induction motor is smaller than the rotational speed of the induction motor, and the synchronous speed of the induction motor is controlled by the inverter. And a controller that controls the induction motor to a synchronous speed that is always smaller than the rotational speed of the induction motor. Characterized in that to obtain the power.

この考案に係る小型蒸気発電装置においては、蒸気噴射ノズルから複数の羽根への蒸気の吹付けによって回転するロータおよび回転軸の回転数が回転数計測手段によって計測され、その計測された回転数に基づいて、交流電源によって回転させられる誘導電動機の同期速度（回転磁界の回転速度）が回転速度（回転子の回転速度）より常に小さくなるように制御される。これにより、誘導電動機には、それが電動機として動作するときとは極性が反転（位相が１８０°変化）した誘導電流が流れる。誘導電動機の同期速度は、インバータにより電源から誘導電動機に与える周波数を変化させることにより制御される。誘導電動機の同期速度は、滑りが無いと仮定すると、〔同期速度Ｎｓ（ｒｐｍ）＝１２０×周波数ｆ（Ｈｚ）／極数ｐ〕の関係式で表され、例えば極数ｐが４極であれば、同期速度Ｎｓ（ｒｐｍ）＝３０×周波数ｆ（Ｈｚ）となる。このように誘導電動機を発電機として機能させる場合であっても、特別な結線や機器を必要としない。単にインバータにより、電源周波数を変化させ、それと同時に電圧を調整するだけで済む。そして、誘導電動機に与えるのは電圧と周波数だけであり、誘導電動機の同期速度を回転速度より常に小さくすることにより、誘導電動機に勝手に電流が流れることとなり、この回生電流、従って回生電力を取り出すことにより、ロータの回転エネルギが電気エネルギに変換される。
したがって、この考案に係る小型蒸気発電装置を使用すると、蒸気供給源から供給される高圧蒸気の圧力が変化しても、また、高圧蒸気の圧力を低減させて蒸気を利用するプロセス処理の種類が変更されても、比較的に安定した電力を取り出すことができる。 In the small steam generator according to the present invention, the rotational speed of the rotor and the rotating shaft that are rotated by spraying steam from the steam injection nozzle onto the plurality of blades is measured by the rotational speed measuring means, and the measured rotational speed is calculated. Based on this, the synchronous speed (rotational speed of the rotating magnetic field) of the induction motor rotated by the AC power supply is controlled so as to be always smaller than the rotational speed (rotational speed of the rotor). Thereby, the induction motor flows an induction current whose polarity is reversed (the phase is changed by 180 °) from that when the induction motor operates as an electric motor. The synchronous speed of the induction motor is controlled by changing the frequency applied from the power source to the induction motor by the inverter. Assuming that there is no slip, the synchronous speed of the induction motor is expressed by a relational expression of [synchronous speed Ns (rpm) = 120 × frequency f (Hz) / number of poles p]. For example, the synchronous speed Ns (rpm) = 30 × frequency f (Hz). Thus, even when the induction motor is caused to function as a generator, no special connection or equipment is required. Simply changing the power supply frequency with an inverter and adjusting the voltage at the same time. Then, only the voltage and frequency are given to the induction motor. By always making the synchronous speed of the induction motor smaller than the rotation speed, a current flows through the induction motor without permission, and this regenerative current, and thus the regenerative power is taken out. Thus, the rotational energy of the rotor is converted into electric energy.
Therefore, when the small steam generator according to the present invention is used, even if the pressure of the high-pressure steam supplied from the steam supply source changes, the type of process processing that uses the steam by reducing the pressure of the high-pressure steam is reduced. Even if it is changed, relatively stable power can be taken out.

この考案の実施形態の１例を示し、小型蒸気発電装置の制御系を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows one example of embodiment of this invention and shows typically the control system of a small steam generator. この考案の実施形態の１例に係る小型蒸気発電装置の重要な構成要素である減圧・羽根車ユニットを側面から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the pressure reduction and impeller unit which is an important component of the small steam generator concerning one example of this embodiment of the invention from the side. 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 2. 図２に示した減圧・羽根車ユニットを備えた小型蒸気発電装置の外形側面図である。It is an external side view of the small steam power generator provided with the pressure reduction / impeller unit shown in FIG.

以下、この考案の最良の実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、図２ないし図４により、この考案に係る小型蒸気発電装置の機械的構成の１例について説明する。 Hereinafter, the best embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an example of the mechanical configuration of the small steam generator according to the present invention will be described with reference to FIGS.

この小型蒸気発電装置１０は、図４に示すように、減圧・羽根車ユニット１２、動力伝達部１４および誘導電動機１６を備えて構成されている。減圧・羽根車ユニット１２は、高圧蒸気の圧力を低減させるとともに蒸気の持つ速度エネルギを利用して回転動力を取り出すためのものであり、図１に示すように、減圧・羽根車ユニット１２の蒸気入口側は、蒸気供給源、例えばボイラ１８に流路接続されている。また、減圧・羽根車ユニット１２の蒸気出口側は、蒸気を利用するプロセス処理部２０に流路接続されている。 As shown in FIG. 4, the small steam power generation apparatus 10 includes a decompression / impeller unit 12, a power transmission unit 14, and an induction motor 16. The decompression / impeller unit 12 is for reducing the pressure of the high-pressure steam and taking out rotational power using the velocity energy of the steam, and as shown in FIG. The inlet side is connected to a steam supply source, for example, a boiler 18 through a flow path. In addition, the steam outlet side of the decompression / impeller unit 12 is connected to the process processing unit 20 that uses steam.

減圧・羽根車ユニット１２は、図３に示すように前面側中央部に蒸気吐出口２４が形設され、図２に示すように環状周壁部２６を有するケーシング２２を備えている。ケーシング２２の内部には、円周方向に等配されて複数の羽根２８が配設されており、複数の羽根２８は、ケーシング２２の中央に配置されたロータ３０の外周面にそれぞれ放射状に固着されている。これらの羽根２８は、蒸気噴射ノズル３２から吹き出される蒸気が効果的に当たるように、それぞれの外方側端部が「く」の字形に折曲されている。そして、複数の羽根２８は、それぞれの外方端が環状周壁部２６の内周面と近接し対向するようにケーシング２２内に収容されている。ロータ３０は、キー３４によって回転軸３６の一端部に一体的にかつ回転軸３６と同心に連結されている。回転軸３６は、ケーシング２２の内部からメカニカルシール部３８を経て外部へ延設され、図４に示すように、一対の軸受け部４０、４０によって回転自在に支持されている。 As shown in FIG. 3, the decompression / impeller unit 12 includes a casing 22 having a steam discharge port 24 formed in the center on the front side and an annular peripheral wall 26 as shown in FIG. A plurality of blades 28 are equally arranged in the circumferential direction inside the casing 22, and the plurality of blades 28 are radially fixed to the outer peripheral surface of the rotor 30 disposed in the center of the casing 22. Has been. Each of the blades 28 is bent in a “<” shape at each outer side end so that the steam blown out from the steam injection nozzle 32 is effectively applied. The plurality of blades 28 are accommodated in the casing 22 such that the outer ends thereof are close to and face the inner peripheral surface of the annular peripheral wall portion 26. The rotor 30 is connected to one end of the rotation shaft 36 integrally and concentrically with the rotation shaft 36 by a key 34. The rotating shaft 36 is extended from the inside of the casing 22 to the outside through a mechanical seal portion 38, and is rotatably supported by a pair of bearing portions 40, 40 as shown in FIG.

ケーシング２２の環状周壁部２６には、円周方向に配列された複数の連通孔４２が穿設されている。連通孔４２は、ロータ３０の軸線方向に沿った方向に延びる矩形状をなしている。また、ケーシング２２の環状周壁部２６の外周面には、複数の連通孔４２の周囲の空間を気密に閉塞し環状に包囲するように外側ケーシング４４が固設されている。そして、ケーシング２２と外側ケーシング４４との間に画定されるように環状通路４６が形成されており、この環状通路４６内に蒸気流出口５０が開口しボイラ１８に流路接続された蒸気導入口５２を有する蒸気導入管４８が外側ケーシング４４に取着されている。 A plurality of communication holes 42 arranged in the circumferential direction are formed in the annular peripheral wall portion 26 of the casing 22. The communication hole 42 has a rectangular shape extending in a direction along the axial direction of the rotor 30. An outer casing 44 is fixed to the outer peripheral surface of the annular peripheral wall portion 26 of the casing 22 so as to airtightly close and surround the space around the plurality of communication holes 42 in an annular shape. An annular passage 46 is formed so as to be defined between the casing 22 and the outer casing 44, and a steam inlet 50 is opened in the annular passage 46 and connected to the boiler 18 through a flow path. A steam introduction pipe 48 having 52 is attached to the outer casing 44.

ケーシング２２の各連通孔４２には、蒸気噴射ノズル３２がそれぞれ挿着され、環状通路４６とケーシング２２の内部空間とは複数の蒸気噴射ノズル３２を介在させて流路的に連絡している。各蒸気噴射ノズル３２は、ケーシング２２と外側ケーシング４４との間に画定される環状通路４６へ送り込まれた蒸気を各羽根２８にそれぞれ吹き付けて羽根２８およびロータ３０を回転させる。また、蒸気噴射ノズル３２は、それを通過して環状通路４６からケーシング２２の内部空間へ高圧蒸気が流れる際に、流路抵抗により蒸気の圧力を低減させて調整する機能を有する。図示していないが、蒸気噴射ノズル３２は、ロータ３０の軸線方向に沿った方向に延びる細長い形状を有しており、その長手方向に沿って並列するように複数の貫通孔が形成されている。貫通孔は、環状通路４６側に配置される開口の径より、ケーシング２４の内部空間側に配置される開口の径が小さくされていて、蒸気噴射ノズル３２の複数の貫通孔を高圧蒸気が通過する間に、蒸気の速度エネルギが増加することになる。 Steam injection nozzles 32 are respectively inserted into the respective communication holes 42 of the casing 22, and the annular passage 46 and the internal space of the casing 22 are in fluid communication with each other through the plurality of steam injection nozzles 32. Each steam injection nozzle 32 blows the steam sent to an annular passage 46 defined between the casing 22 and the outer casing 44 to each blade 28 to rotate the blade 28 and the rotor 30. Further, the steam injection nozzle 32 has a function of adjusting the pressure of the steam by reducing the flow path resistance when high-pressure steam flows from the annular passage 46 to the internal space of the casing 22 through the nozzle. Although not shown, the steam injection nozzle 32 has an elongated shape extending in a direction along the axial direction of the rotor 30, and a plurality of through holes are formed so as to be parallel in the longitudinal direction. . In the through hole, the diameter of the opening arranged on the inner space side of the casing 24 is smaller than the diameter of the opening arranged on the annular passage 46 side, and high-pressure steam passes through the plurality of through holes of the steam injection nozzle 32. In the meantime, the velocity energy of the steam will increase.

蒸気噴射ノズル３２は、ケーシング２２の連通孔４２に対して着脱可能とされ、あるいは、一部の部品を交換可能とされ、貫通孔の径や個数が異なるものに取り替えることにより、蒸気噴射ノズル３２の流路断面積を変更することができるようにされる。このように蒸気噴射ノズル３２の流路断面積を変更することにより、高圧蒸気が蒸気噴射ノズル３２を通過して環状通路４６からケーシング２４の内部空間へ流れるときの流路抵抗を変化させて、蒸気噴射ノズル３２を通過した後の蒸気圧力を変更することが可能とされる。 The steam injection nozzle 32 can be attached to and detached from the communication hole 42 of the casing 22, or a part of the parts can be replaced, and the steam injection nozzle 32 can be replaced with one having a different diameter or number of through holes. It is possible to change the flow path cross-sectional area. By changing the flow passage cross-sectional area of the steam injection nozzle 32 in this way, the flow resistance when high-pressure steam passes through the steam injection nozzle 32 and flows from the annular passage 46 to the internal space of the casing 24 is changed, The steam pressure after passing through the steam injection nozzle 32 can be changed.

また、図４に示すように、減圧・羽根車ユニット１２のロータ３２に一体的に連結され軸受け部４０、４０によって回転自在に支持された回転軸３６は、カップリング５４を介して誘導電動機１６の駆動軸５６に接続されている。 Further, as shown in FIG. 4, the rotary shaft 36 that is integrally connected to the rotor 32 of the pressure reduction / impeller unit 12 and is rotatably supported by the bearing portions 40, 40 is coupled via the coupling 54 to the induction motor 16. The drive shaft 56 is connected.

そして、この小型蒸気発電装置は、図１に示すように、交流電源から送られる交流、例えば三相交流の周波数および電圧を変化させて誘導電動機１６へ出力するインバータ５８を備えている。このインバータ５８としては、電源回生機能を内蔵したインバータが使用される。また、この装置は、羽根２８およびロータ３０と一体的に回転する回転軸３６の回転数を計測するパルス発生器６０を備えており、パルス発生器６０はコントローラ６２に接続されている。コントローラ６２は、パルス発生器６０から入力される回転数に基づいてインバータ５８を制御し、インバータ５８の出力周波数および出力電圧を制御する。このコントローラ６２は、予め定められたプログラムに従って逐次制御を行うプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）（シーケンサとも呼ばれる）である。コントローラ６２によるインバータ５８の制御は、次のようにして行われる。すなわち、パルス発生器６０によって計測された回転軸３６の回転数から、回転軸３６にカップリング５４を介して駆動軸５６が連結された誘導電動機１６の回転速度（回転子の回転速度）を算出し、その回転速度に比べて誘導電動機１６の同期速度（回転磁界の回転速度）が常に小さくなる回転磁界の周波数、および、その周波数に見合った電圧を演算し、インバータ５８へ制御信号を送って、演算された周波数と電圧をインバータ５８から出力し誘導電動機１６に与える、といった制御が行われる。 As shown in FIG. 1, the small steam power generator includes an inverter 58 that changes the frequency and voltage of an alternating current, such as a three-phase alternating current, sent from an alternating current power source and outputs it to the induction motor 16. As the inverter 58, an inverter having a built-in power regeneration function is used. The apparatus also includes a pulse generator 60 that measures the rotational speed of the rotary shaft 36 that rotates integrally with the blades 28 and the rotor 30, and the pulse generator 60 is connected to a controller 62. The controller 62 controls the inverter 58 based on the rotation speed input from the pulse generator 60 and controls the output frequency and output voltage of the inverter 58. The controller 62 is a programmable logic controller (PLC) (also called a sequencer) that performs sequential control according to a predetermined program. Control of the inverter 58 by the controller 62 is performed as follows. That is, the rotation speed (rotation speed of the rotor) of the induction motor 16 in which the drive shaft 56 is connected to the rotation shaft 36 via the coupling 54 is calculated from the rotation speed of the rotation shaft 36 measured by the pulse generator 60. Then, the frequency of the rotating magnetic field where the synchronous speed of the induction motor 16 (the rotating speed of the rotating magnetic field) is always smaller than the rotating speed and the voltage corresponding to the frequency are calculated, and a control signal is sent to the inverter 58. Control is performed such that the calculated frequency and voltage are output from the inverter 58 and applied to the induction motor 16.

次に、上記したような構成を備えた小型蒸気発電装置における動作について説明する。
図１に示すように、ボイラ１８、例えば小型低圧ボイラ（１０ｔｏｎ／ｈ未満、運転圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２未満）から比較的高い圧力の蒸気、例えば７ｋｇ／ｃｍ^２〜９ｋｇ／ｃｍ^２の高圧蒸気が減圧・羽根車ユニット１２へ供給されると、高圧蒸気は、外側ケーシング４４の蒸気導入口５２を通って環状通路４６へ送り込まれる。環状通路４６へ送り込まれた高圧蒸気は、円周方向に配列された複数の蒸気噴射ノズル３２を通ってケーシング２２内へ噴出させられる。このとき、高圧蒸気は、蒸気噴射ノズル３２の複数の貫通孔を通過する間に流路抵抗によって圧力が低減させられ、一方、速度エネルギが増加する。各蒸気噴射ノズル３２を通ってケーシング２２内へ噴出した蒸気は、ケーシング２２内の各羽根２８にそれぞれ吹き付けられる。そして、蒸気の持つ速度エネルギによって羽根２８およびロータ３０が回転させられ、ロータ３０が一体的に固着された回転軸３６が回転する。回転軸３６の回転動力は、カップリング５４を介して誘導電動機１６の駆動軸５６に伝達される。 Next, the operation in the small steam power generator having the above-described configuration will be described.
As shown in FIG. 1, a boiler 18, such as small low pressure boilers (less than 10ton / h, the operating pressure less than 10 kg / cm ²⁾ steam relatively high pressure from the high pressure steam of, for example, ^7kg / cm ² ^~9kg / cm 2 When supplied to the decompression / impeller unit 12, the high-pressure steam is fed into the annular passage 46 through the steam inlet 52 of the outer casing 44. The high-pressure steam sent into the annular passage 46 is jetted into the casing 22 through a plurality of steam jet nozzles 32 arranged in the circumferential direction. At this time, the pressure of the high-pressure steam is reduced by the channel resistance while passing through the plurality of through holes of the steam injection nozzle 32, while the velocity energy is increased. The steam ejected into the casing 22 through each steam injection nozzle 32 is blown to each blade 28 in the casing 22. Then, the blade 28 and the rotor 30 are rotated by the velocity energy of the steam, and the rotating shaft 36 to which the rotor 30 is integrally fixed rotates. The rotational power of the rotary shaft 36 is transmitted to the drive shaft 56 of the induction motor 16 through the coupling 54.

蒸気の噴射力によって羽根２８、ロータ３０および回転軸３６が回転させられると、回転軸３６の回転数がパルス発生器６０によって計測され、その計測信号がコントローラ６２に入力される。コントローラ６２においては、パルス発生器６０によって計測された回転軸３６の回転数から誘導電動機１６の回転子の回転速度が算出され、誘導電動機１６の同期速度が回転子の回転速度より小さくなるような回転磁界の周波数が演算され、それと併せて、当該周波数に見合った電圧が演算される。そして、コントローラ６２からインバータ５８へ制御信号が送られて、インバータ５８が制御され、インバータ５８から所要の周波数と電圧が出力されて誘導電動機１６に付加される。以上のようなパルス発生器６０による回転軸３６の回転数の計測、コントローラ６２における演算処理およびインバータ５８への指令、および、インバータ５８による誘導電動機１６の周波数と電圧の調節制御といった一連の動作が繰り返される。これにより、ボイラ１８から供給される高圧蒸気の圧力が変化しても、また、蒸気を利用するプロセス処理部２０の種類が変更されても、誘導電動機１６の同期速度が回転速度より常に小さくなるように保持される。この結果、誘導電動機１６が常時、発電機として機能し、発生した誘導電流が、電源回生機能を内蔵したインバータ５８を経て負荷へ流れることとなる。 When the blades 28, the rotor 30, and the rotation shaft 36 are rotated by the steam injection force, the number of rotations of the rotation shaft 36 is measured by the pulse generator 60, and the measurement signal is input to the controller 62. In the controller 62, the rotational speed of the rotor of the induction motor 16 is calculated from the rotational speed of the rotary shaft 36 measured by the pulse generator 60, and the synchronous speed of the induction motor 16 is smaller than the rotational speed of the rotor. The frequency of the rotating magnetic field is calculated, and at the same time, a voltage corresponding to the frequency is calculated. Then, a control signal is sent from the controller 62 to the inverter 58 to control the inverter 58, and a required frequency and voltage are output from the inverter 58 and added to the induction motor 16. A series of operations such as measurement of the rotational speed of the rotary shaft 36 by the pulse generator 60 as described above, calculation processing in the controller 62 and instructions to the inverter 58, and frequency and voltage adjustment control of the induction motor 16 by the inverter 58 are performed. Repeated. As a result, even if the pressure of the high-pressure steam supplied from the boiler 18 changes or the type of the process processing unit 20 using the steam is changed, the synchronous speed of the induction motor 16 is always smaller than the rotational speed. To be held. As a result, the induction motor 16 always functions as a generator, and the generated induced current flows to the load through the inverter 58 with a built-in power regeneration function.

一方、蒸気噴射ノズル３２を通過する間に圧力が低減させられた蒸気は、ケーシング２２内を通過する間にさらに圧力が低減させられる。そして、適度に圧力が低減させられた蒸気、例えば２．５ｋｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２の低圧蒸気は、ケーシング２２内から蒸気吐出口２４を通って流出する。このようにして、ボイラ１８から供給される高圧蒸気の圧力が低減させられて調整された後、図１に示したように、低圧蒸気がプロセス処理部２０へ送られて利用される。 On the other hand, the pressure of the steam whose pressure has been reduced while passing through the steam injection nozzle 32 is further reduced while passing through the casing 22. Then, moderately vapor pressure is reduced, for example, 2.5kg ^/ cm ² ~3kg ^/ cm 2 low-pressure steam flows out through the vapor discharge port 24 from the casing 22. After the pressure of the high-pressure steam supplied from the boiler 18 is reduced and adjusted in this way, the low-pressure steam is sent to the process processing unit 20 and used as shown in FIG.

この考案に係る小型蒸気発電装置は、比較的に小規模の事業所や施設などで高圧蒸気を利用した発電を行う場合に好適である。 The small steam generator according to the present invention is suitable when power generation using high-pressure steam is performed in a relatively small office or facility.

１０小型蒸気発電装置
１２減圧・羽根車ユニット
１４動力伝達部
１６誘導電動機
１８ボイラ
２０プロセス処理部
２２ケーシング
２４ケーシングの蒸気吐出口
２６ケーシングの環状周壁部
２８羽根
３０ロータ
３２蒸気噴射ノズル
３６回転軸
４２ケーシングの連通孔
４４外側ケーシング
４６環状通路
５０蒸気導入口
５４カップリング
５６誘導電動機の駆動軸
５８インバータ
６０パルス発生器
６２コントローラ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Small steam generator 12 Pressure reduction and impeller unit 14 Power transmission part 16 Induction motor 18 Boiler 20 Process processing part 22 Casing 24 Casing steam outlet 26 Casing annular peripheral wall part 28 Blade 30 Rotor 32 Steam injection nozzle 36 Rotating shaft 42 Casing communication hole 44 Outer casing 46 Annular passage 50 Steam inlet 54 Coupling 56 Induction motor drive shaft 58 Inverter 60 Pulse generator 62 Controller

Claims

A rotating shaft supported rotatably,
A rotor integrally and concentrically with the rotating shaft on one end side of the rotating shaft;
A plurality of blades that are equally distributed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor and fixed radially,
A casing that is disposed so as to surround the rotor and the plurality of blades, and has an annular peripheral wall portion that is close to and opposed to an outer end of the plurality of blades, and has a steam discharge port formed in a central portion on the front surface side; ,
An outer casing having a steam inlet disposed so as to annularly surround the outer peripheral surface side of the annular peripheral wall portion of the casing and connected to the steam supply source through a flow path;
Steam that is provided on the annular peripheral wall portion of the casing and arranged in the circumferential direction thereof and that is fed through the steam inlet to an annular passage defined between the casing and the outer casing is supplied to each blade. A plurality of steam injection nozzles that rotate and rotate the blades and the rotor, respectively, and reduce and adjust the pressure of the steam;
An induction motor having a drive shaft coupled to the other end of the rotating shaft via a transmission mechanism;
A small steam generator with
An inverter that controls the synchronous speed of the induction motor by changing a power supply frequency;
A rotational speed measuring means for measuring the rotational speed of the rotational shaft;
Based on the rotational speed of the rotating shaft measured by the rotational speed measuring means, a command signal is sent to the inverter so that the synchronous speed of the induction motor is smaller than the rotational speed of the induction motor. A controller for controlling the synchronization speed;
And a regenerative electric power generated in the induction motor by controlling the induction motor at a synchronous speed that is always smaller than its rotational speed.