JP4970228B2 - 回転電機の密封油供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の密封油供給装置に係り、特に、戻り密封油中に混入した気体を分離排出する空気抽出槽を改良した回転電機の密封油供給装置に関するものである。

一般に、火力発電プラントあるいは原子力発電プラントに設置されている大容量のタービン発電機は、冷却効果を高めるために機内に水素ガスを冷媒として封入している。水素ガスは空気が３０〜９０％混入すると引火爆発する恐れがあるので、水素ガスが機外に漏洩するのを防止するために、発電機回転子軸を支承する軸受装置の近傍部位に軸封部を設け、この軸封部に油ポンプから潤滑油を兼ねた密封油（以下、密封油という）を循環供給するようにしている。

軸封部を通過した密封油には水素ガス等の気体が含まれているので、通常この密封油を空気抽出槽に集めて、密封油中に含まれている水素気泡を分離するように構成している（例えば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。

図２は特許文献１、２、非特許文献１等に記載されている回転電機の密封油供給装置を簡略化し、空気抽出槽を中心に描いた構成図である。
図２において、１はタービン発電機等の密閉型の回転電機であり、内部に界磁コイルや固定子コイル等の発熱部を冷却するために水素ガスを冷却気体として封入している。２ａ、２ｂはこの回転電機１の両端に設けた軸受箱（軸受ブラケット）であり、内部に発電機回転子軸を支承する軸受（図示せず）および水素ガスが機外へ漏洩するのを防止する軸封部２ａｓ、２ｂｓを備えている。

この軸封部２ａｓ、２ｂｓには、給油管３、給油ポンプ４および主油タンク５からなる給油系統から密封油が供給され、そして軸封部２ａｓ、２ｂｓを通過する際水素ガス等の気体を含んだ密封油は戻り油管６ａ、６ｂをそれぞれ介して空気抽出槽７に送られるように構成されている。

前記空気抽出槽７は、戻り油管６ａおよび６ｂから送られてきた密封油を長手方向の両側に配置した密封油入口部（密封油入口座ともいう）８ａおよび８ｂから流入させ、そして多孔板９ａおよび９ｂをそれぞれ通過させることによって整流し、流下しながら油面から水素ガスを分離し、空気抽出槽７の中央部底部に設置した排出口１０から排出するように構成されている。

しかも、この空気抽出槽７は、排出口１０に油面調節管１１を直立して取付けることによって堰（ダム）を形成しており、この油面調節管１１の高さを調節することによって堰の高さを調節し、空気抽出槽７内部の油面（ＯＬ）を所望のレベルに維持するようにしている。
そして、空気抽出槽７の排出口１０から排出された密封油は、Ｕシール管１２、戻り油母管１３を経て前述した主油タンク５に戻すように構成されている。

なお、空気抽出槽７の内部圧力は、主油タンク５の器内圧力に比べて高いので、排出口１０および戻り油母管１３の間に設置した前記Ｕシール管１２によって両者間の圧力差を吸収するようにしている。
特開平０８−１２８５９２号公報（第３頁、図１） 特開平０９−１８２３７７号公報（第１−３頁、図１） 電気学会編、電気工学ハンドブック、昭和５３年４月発行、第１１７０頁、４６図（密封油処理系統図）、

ところで、上述した従来の空気抽出槽７は、密封油中の気体分離を油面で行う方式であるため、油面の面積が広いほど気体排出性能が高い。従って、油面での気体排出性能が空気抽出槽７の大きさを決定する要因の一つとなっており、このことが空気抽出槽７の小型化を図るうえでの隘路になっている。

また、従来の空気抽出槽７は、排出口１０に油面調節管１１を連通させるように取り付けて堰を設けているため、油面調節管１１の取り付け部分、すなわち、排出口１０周りの空気抽出槽７底部には淀みが生じ、密封油中に混入している不純物（例えば、ゴミ）が滞留し易く、一度滞留した滞留物は容易には排出口１０から排出しない。このため、滞留物を密封油系外に排出するためには、仮設用のオイルパンなどを別途用意しなければならないという欠点がある。

そこで本発明は、空気抽出槽の小型化を図るとともに、空気抽出槽の気体分離性能および保守性能の向上を図った回転電機の密封油供給装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、内部に冷却気体を封入した回転電機の軸封部に給油系統から密封油を供給し、軸封部を通過した密封油を空気抽出槽に流入させ、空気抽出槽で密封油中に含まれている気体を分離排出するようにした回転電機の密封油供給装置において、前記空気抽出槽は、一端部側に複数個の密封油入口部を所定角度で対峙するように配置した空気抽出室を備え、他端部側に前記空気室と独立した油面調節室を備え、且つ、前記空気抽出室と前記油面調節室とをＵシール管によって連通させ、当該油面調節室内で前記Ｕシール管の端部に油面調節部を連通させるように構成したことを特徴とする。

本発明による回転電機の密封油供給装置によれば、空気抽出槽に接続する密封油配管を一端部に集めて戻り密封油同士を衝突させるように構成したので、密封油配管の引き回しスペースの自由度が大きくとれ、また、密封油中の気体分離性能が向上するので、空気抽出槽を縮小化することができる。

以下、本発明に係わる回転電機の密封油供給装置について、図面を参照して説明する。なお、図１中、図２と重複する要素については同一符号または関連符号を付けて重複する説明は適宜省略する。

（構成）
図１において、本発明に係わる回転電機の密封油供給装置は、水素ガス等の冷却媒体を封入した回転電機１の両端に設置された軸受箱２ａ、２ｂ内の軸封部２ａｓ、２ｂｓに対して、給油管３、給油ポンプ４および主油タンク５からなる給油系統を接続するとともに、戻り油管６ａ、６ｂを接続するように構成した点は、図２で示した従来例と同様である。
本発明が従来例と異なる点は、戻り油管６ａ、６ｂ以降の戻り油系統のうち、空気抽出槽７０から戻り油母管１３に至る戻り油系統にある。

以下、空気抽出槽７０から戻り油母管１３に至る戻り油系統について詳細に説明する。
本実施形態による回転電機の密封油供給装置は、従来の空気抽出槽７に替えて新たに空気抽出槽７０を設置したものである。この空気抽出槽７０を構成する胴部の内部は、隔壁１４によって空気抽出室７０ａと、油面調節室７０ｂとの２室に区分されている。

空気抽出室７０ａは、空気抽出槽７０の胴部長手方向の一端部側（一箇所）に、ほぼ９０度の角度で対峙するように設けられた密封油入口部（密封油入口座）８ａおよび８ｂにそれぞれ戻り油管６ａ、６ｂを接続し、さらに内部には密封油入口部８ａおよび８ｂの両軸線が交差する部分よりも僅か下流位置に底部から液面上部に向かって延びる多孔板９を直立して設置するとともに、この多孔板９の下流部で前記隔壁１４の直前部分の底部に密封油排出穴１６を設置している。

一方、油面調節室７０ｂは、空気抽出槽７０の胴部長手方向の他端部側に形成されており、前記隔壁１４と反対側の側面部に戻り油母管１３に連通する空気抽出槽排出口２４を設け、この空気抽出槽排出口２４と隔壁１４との間の底部に連通穴１５を設けている。

そして、油面調節室７０ｂ内の連通穴１５に連通する油面調節部としての油面調節管１７をネジ込みにより取り付けて堰を設けている。この堰は、油面調節管１７のネジ込み量を調節することにより高さ調節が可能になっており、堰の高さを調節することによって油面調節室７０ｂ内の油面を調節し、後述するＵシール管１２で連通している空気抽出室７０ａ内の油面（ＯＬ）の高さを調節することができるようになっている。

さらに、油面調節室７０ｂの連通穴１５と前記空気抽出室７０ａの底部に設けた密封油排出穴１６との間をＵシール機能を備えた配管、すなわちＵシール管１２によって連通させる。具体的には、Ｕシール管１２の一端部１２Ａを密封油排出穴１６に連通するように取り付け、Ｕシール管１２の他端部１２Ｂを油面調節室７０ｂの底部に設けた連通穴１５に連通するように取り付ける。この結果、空気抽出室７０ａの底部に設けた密封油排出穴１６と油面調節室７０ｂ内に設けた油面調節管１７とはＵシール管１２によって連通する。

なお、Ｕシール管１２には、その最下部の屈曲している部分に清掃用座１８を設けて常時蓋で閉塞しており、清掃時あるいは密封油排出時に蓋を外して作業を行うことが可能になっている。さらに、この清掃用座１８近傍のＵシール管１２の最下部に残留物排出孔１９を設け、また、前記油面調節室７０ｂの底部にも残留物排出座２０を設ける。

これら残留物排出孔１９と残留物排出座２０との間を配管２１で接続し、その配管２１の途中に弁２２ａおよび２２ｂを介挿するようにし、さらに、弁２２ａおよび２２ｂの接続部に弁２２ｃを介して残留物排出管２３を接続する。この残留物排出管２３の他端は、図示していない管路によって主油タンク５に連通するようになっている。なお、これら弁２２ａ、２２ｂおよび２２ｃは常時は弁閉しており、残留物を回収する際に開弁するように制御される。

（作用）
給油系統の主油タンク５から給油ポンプ４および給油管３を経て回転電機１の軸受箱２ａ、２ｂに供給された密封油には、軸封部２ａｓ、２ｂｓを通過する際回転電機１内に封入されている水素ガス等の気体が混入する。この水素ガス等の気体が混入した密封油は、戻り油管６ａ、６ｂをそれぞれ通って空気抽出槽７０の空気抽出室７０ａに送られる。

空気抽出室７０ａでは、一端に集められて、しかも９０度等の角度で対峙して設けられた密封油入口部８ａおよび８ｂから流入した密封油同士が９０度の角度で激しく衝突した後、直下に設けられた多孔板９を通過することによって整流され、従来例よりも効率よく水素ガスを分離し、下流側の密封油排出穴１６に向けて流れる。なお、密封油は多孔板９を通過した後、密封油排出穴１６に向けて流れていく過程においても油面から水素ガスを分離する。

そして、密封油排出穴１６に到達した密封油は、密封油排出穴１６からＵシール管１２、油面調節管１７を経て隔壁１４によって区分された油面調節室７０ｂ内に流入し、空気抽出槽排出口２４から戻り油母管１３を経て主油タンク５に戻る。このとき、空気抽出室７０ａの油面は、隔壁１４で仕切られた油面調節室７０ｂ内の油面調節管１７によって一定に維持される。

ところで、タービン発電機を長期に亘って運転すると、密封油供給装置を循環する密封油中に混入した不純物が空気抽出室７０ａ内の淀み部分で次第に滞留するが、本実施形態の場合、空気抽出室７０ａ内の密封油排出穴１６の周りに堰を設けていないので、密封油排出穴１６の近辺には淀みは生じず、このため、不純物が滞留することはない。しかし、不純物の大部分は、Ｕシール管１２の最下部に位置する底部に滞留し、残りが油面調節室７０ｂ内の油面調節管１７の取り付け部近くの底部に滞留する。

Ｕシール管１２の最下部の底部に滞留した不純物は、随時、配管２１内の弁２２ａおよび２２ｃを開けることにより、残留物排出孔１９から配管２１および残留物排出管２３を経て主油タンク５で回収される。

同様にして、油面調節室７０ｂ内の油面調節管１７の取り付け部近傍の底部に滞留した不純物は、随時、配管２１内の弁２２ｂ、２２ｃを開けることにより、残留物排出座２０から配管２１および残留物排出管２３を経て主油タンク５で回収される。
なお、空気抽出槽７０の清掃作業、密封油の排出作業を行う場合は、Ｕシール管１２の最下部に位置する清掃用座１８の蓋を外して行う。

（効果）
以上述べたように、本実施形態による回転電機の密封油供給装置は、次の効果を奏することができる。

（１）．密封油入口部８ａ、８ｂを空気抽出槽７０の一端に集めて密封油戻り油管６ａ、６ｂから流入する密封油同士を激しく衝突させるように構成したので、戻り密封油を流す配管の引き回しスペースの自由度を大きくすることができるうえに、密封油中の気体の分離性能を向上させることができる。しかも、空気抽出室７０ａの密封油入口部８ａ、８ｂ近傍に底部から液面上部に向けて多孔板９を設置したので、流入時に激しく衝突して乱れた密封油の流れは、多孔板９を通過することによって短い距離で整流され、密封油の空気抽出室７０ａ内の滞留時間が平均化され、気体の分離性能を向上させることができる。この結果、空気抽出槽７０を縮小することが可能となり、空気抽出槽７０の設置場所の自由度が大きくなって、発電所の縮小化に寄与することが可能となる。

（２）．また、タービン発電機を長期に亘って運転すると、密封油供給装置を循環する密封油中に混入した不純物は、空気抽出槽７０内の淀み部分で次第に滞留する。本実施形態の場合、空気抽出室７０ａ内の密封油排出穴１６の周りには堰を設けていないので、その密封油排出穴１６近辺には滞留せずに、Ｕシール管１２の最下部に位置する底部に大部分が滞留し、残りのわずかな量が油面調節室７０ｂ内の底に滞留するが、これらの不純物は、弁２２ａ、２２ｂおよび２２ｃを開けて、残留物排出孔１９および残留物排出座２０から配管２１および残留物排出管２３を経て主油タンク５で回収するようにしたので、空気抽出槽７０内の残留部を全て主油タンク５に回収することが可能になり、残留物の系外排出量を削減することが可能となる。

（３）．さらに、前述したように不純物の滞留場所が空気抽出槽７０内からＵシール管１２の最下部へと変わるので、Ｕシール管１２の残留物排出孔１９の近傍に清掃用座１８を設けることによって、空気抽出槽７０の清掃を容易に行うことができ、この結果、清掃作業時間の短縮、作業に伴う人員の削減等を図ることができる。

（４）．さらにまた、例え空気抽出室７０ａ内の油面が密封油の衝突によって変動していても隔壁１４で仕切られた油面調節室７０ｂ内に設けた油面調節管１７によって空気抽出槽排出口２４の油面を一定に維持するようにしたので、空気抽出槽７０につながる主油タンク５の器内圧力の安定性を向上させることができる。

（他の実施形態）
（１）．以上述べた実施形態では、密封油入口部８ａおよび８ｂは空気抽出槽７０の一端において、９０度の角度で対峙するように設けたが、９０度以外の角度、例えば１８０度の角度あるいはその他の角度で対峙するようにしてもよい。要は、流入する密封油同士が、空気抽出槽７０の一端において激しく衝突するような流入角度であれば良く、９０度とか１８０度に限定する必要はない。

（２）．また、以上述べた実施形態では、空気抽出槽７０の一体構成の胴体内部を隔壁１４によって空気抽出室７０ａと油面調節室７０ｂとに区分するようにしたが、空気抽出室７０ａと油面調節室７０ｂとをあらかじめ別個の胴部として構成してもよい。要は、空気抽出室７０ａに設けた密封油排出穴１６と、油面調節室７０ｂに設けた連通穴１５との間をＵシール管１２で連通させるようにすればよい。

本発明による密封油供給装置の空気抽出槽の実施例を示す構成図。 従来例の密封油供給装置の空気抽出槽の構成図。

符号の説明

１…回転電機、２ａ，２ｂ…軸受箱、２ａｓ，２ｂｓ…軸封部、３…給油管、４…ポンプ、５…主油タンク、６ａ，６ｂ…戻り管、７０…空気抽出槽、７０ａ…空気抽出室、７０ｂ…油面調節室、８ａ，８ｂ…密封油入口部、９…多孔板、１２…Ｕシール管、１２Ａ…Ｕシール管一端部、１２Ｂ…Ｕシール管他端部、１３…戻り母管、１４…隔壁、１５…連通穴、１６…密封油排出穴、１７…油面調節部（管）、１８…清掃用座、１９…残留物排出孔、２０…残留物排出座、２１…清掃用配管、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…弁、２３…残留物排出管、２４…空気抽出槽排出口。

Claims (5)

1. 内部に冷却気体を封入した回転電機の軸封部に給油系統から密封油を供給し、軸封部を通過した密封油を空気抽出槽に流入させ、空気抽出槽で密封油中に含まれている気体を分離排出するようにした回転電機の密封油供給装置において、
   前記空気抽出槽は、一端部側に複数個の密封油入口部を所定角度で対峙するように配置した空気抽出室を備え、他端部側に前記空気室と独立した油面調節室を備え、且つ、前記空気抽出室と前記油面調節室とをＵシール管によって連通させ、当該油面調節室内で前記Ｕシール管の端部に油面調節部を連通させるように構成したことを特徴とする回転電機の密封油供給装置。
2. 前記空気抽出室および前記油面調節室は、一体構成の空気抽出槽胴部の内部を隔壁で区分することによって形成したことを特徴とする請求項１記載の回転電機の密封油供給装置。
3. 前記空気抽出室および前記油面調節室は、それぞれ独立した胴部で構成されたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の密封油供給装置。
4. 前記空気抽出室内の前記密封油入口部よりも下流部に密封油を整流する多孔板を設置したことを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の密封油供給装置。
5. 前記Ｕシール管の底部に、残留物排出孔および清掃用座を設けるとともに、当該残留物排出孔を前記空気抽出槽の点検時あるいは清掃時に前記給油系統を構成する主油タンクに連通する配管を設けたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の密封油供給装置。

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