JP6139790B2 - 回転電機の密封油供給装置及び密封油供給方法 - Google Patents

Description

この発明は、水素ガス等を冷却媒体とする回転電機の密封油供給装置及び密封油供給方法に関するものである。

従来の水素冷却タービン発電機においては、機内に封入した水素ガスによりコイル等の発熱部を冷却すると共に、軸貫通部分からからの水素ガスの大気中への漏洩を防止するために、シールリングを設け、このシールリングに密封油を供給して水素ガスをシールするようにしている。
従来のこの種の密封油供給装置では、シールリングに油を供給する給油圧は、差圧調整弁で機内ガス圧との差圧を制御されており、給油の絶対圧そのものを直接制御していることはない。（特許文献１参照）

特公平3-15411号公報

上記のため、通常の運転では十分な給油圧が確保されているが、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転するときには給油圧が低くなり、シールリングの給油圧と大気圧の圧力差が小さくなり、シールリングの機外側の流量が少なくなる。

流量が少なくなると回転軸の温度が上昇し、回転軸が膨張するため回転軸とシールリングの間の隙間が小さくなる。
従来のシールリングでは、この時に十分な隙間が確保されるように回転軸とシールリングの隙間を設計していた。
そのため十分な圧力が確保できている通常運転時には必要以上に隙間が大きく、油量が多いため、回転電機の密封油供給装置の各構成部品が必要以上に大きくなるという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合にも必要な給油圧を確保することで、回転軸の温度上昇による膨張を抑制し、通常運転時の回転軸とシールリングの隙間を小さくして、回転電機の密封油供給装置の油量低減および小型化を図ることを目的とする。

この発明の回転電機の密封油供給装置は、水素ガスが封入された回転電機のシールリングに、密封油ポンプから密封油の油圧を調節する差圧調整弁を経由して前記密封油を供給するようにした回転電機の密封油供給装置において、
前記差圧調整弁は、前記回転電機の内部の水素ガス圧より一定値だけ高くなるように制御された前記密封油を通過させると共に、
前記密封油ポンプから前記差圧調整弁及びその後流側に設けた第1の逆止弁を経由して前記密封油を供給する第１の経路に加え、
前記密封油ポンプから最低給油圧以上の設定圧に調整されたリリーフ弁及びその後流側に設けた第２の逆止弁を経由して前記密封油を供給する第２の経路を設けたものである。

また、この発明の回転電機の密封油供給方法は、水素ガスが封入された回転電機のシールリングに、密封油ポンプから密封油の油圧を調節する差圧調整弁を経由して前記密封油を供給するようにした回転電機の密封油供給方法において、
前記回転電機の通常運転時には、前記密封油ポンプから前記差圧調整弁及びその後流側に設けた第1の逆止弁を経由する第１の経路により前記回転電機の内部の水素ガス圧より一定値だけ高くなるように制御された前記密封油を供給すると共に、
前記回転電機を前記水素ガスのガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合には、前記密封油ポンプから最低給油圧以上の設定圧に調整されたリリーフ弁及びその後流側に設けた第２の逆止弁を経由する第２の経路により前記密封油を供給するようにしたものである。

この発明によれば、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合にも必要な給油圧を確保することで、回転軸の温度上昇による膨張を抑制し、通常運転時の回転軸とシールリングの隙間を小さくして、回転電機の密封油供給装置の油量低減および小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機の密封油供給装置を示す系統図である。 この発明の実施の形態１におけるシールリングの圧力分布を示す説明図である。 従来装置におけるシールリングの圧力分布を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係わる回転電機の密封油供給装置を示す系統図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の密封油供給装置を示す系統図であり、回転電機とともに示している。
なお、回転電機は、例えば、水素冷却式のタービン発電機である。

図１において、回転電機１は、水素ガスが封入された密閉室１ａを貫通した回転軸２と、その軸方向両端部に設けられた軸受室内にあって、密封油を用いて回転電機１の密閉室１ａと回転軸２との間隙を密封する軸封部であるシールリング３とを有している。
シールリング３から排出される密封油は、密封油排油管４を介して密封油を真空脱気する真空槽５へ送られる。また、シールリング３の上流側と真空槽５とは、シールリング３に密封油を供給する密封油供給管６によって互いに接続されている。

密封油供給管６には、真空槽５内の密封油をシールリング３に供給する密封油ポンプ７と、シールリング３に供給される密封油の油圧を調節する差圧調整弁８とが取り付けられている。
差圧調整弁８は、回転電機１の内部の水素ガス圧より一定値だけ高くなるように制御された密封油を通過させるものである。
また、密封油供給管６の、密封油ポンプ７と差圧調整弁８との間には、差圧調整弁８を通過できない密封油を真空槽５に戻すための密封油戻り管９の一端側が接続され、その他端側は真空槽５内へ導かれ、噴射ノズルに接続されている。
真空槽５には、密封油の油面を一定に維持するための油面調整弁１１が取り付けられている。
また、真空槽５には、空気・油分・水分・水素等を含んだ気体を排出するための気体排出管１２を有し、この気体排出管１２は真空ポンプ１３へ接続され、更に真空ポンプ１３から放出管１４を介して気体を外部に放出する。

ここで、この実施の形態1では、密封油ポンプ７の後流側に、差圧調整弁８と並列に、例えば、0.1〜0.2MPa-gの設定圧を有するリリーフ弁１５が設けられている。
これにより、密封油ポンプ７から差圧調整弁８を経由して密封油を供給する第１の経路に加え、密封油ポンプ７からリリーフ弁１５を経由して密封油を供給する第２の経路が形成される。
また、密封油ポンプ７とリリーフ弁１５との間には、リリーフ弁１５を通過できない密封油を真空槽５に戻すための密封油戻り管１０の一端側が接続されている。
また、差圧調整弁８の後流側とリリーフ弁１５の後流側にはそれぞれ逆止弁１６，１７が設けられている。

なお、シールリング３は、図１にその拡大断面が示されているように、密封油供給管６から給油穴３ａを介して密封油が供給され、回転軸２との間に油膜を形成し、回転電機１の機内に封入された水素ガスが機外に漏出するのを防止している。

次に動作について説明する。
回転電機１内の水素ガスは、図１に示すような、シールリング３に接続された密封油供給回路中を循環する密封油によって密封されている。
密封油は、密封油ポンプ７により送り出され、差圧調整弁８により回転電機１内の水素ガスより一定値だけ高くなるように調整される。
調整された密封油は、密封油供給管６を通り、シールリング３へ送られる。シールリング３で密封油は、外気と触れ、空気・水分・水素ガスなどを含み、密封油排油管４を通り真空槽５へと回収され、真空槽５で真空脱気される。
真空槽５で脱気された脱気気体は、気体排出管１２を通り真空ポンプ１３へと送られ、そこから放出管１４を通り外部へ放出される。

そして、回転電機１の通常運転（機内ガス圧0.2〜0.6MPa-g程度）時においては、密封油ポンプ７から差圧調整弁８を経由する第１の経路を通過した密封油が、差圧調整弁８によってガス圧＋差圧（0.05〜0.10MPa-g程度）に圧力を調整され、給油管６を通ってシールリング３に供給される。
一方、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転される場合、密封油ポンプ７からリリーフ弁１５を経由する第２の経路を通って密封油が供給され、第１の経路において差圧調整弁８で調整された圧力（機内ガス圧＋差圧）よりも、第２の経路におけるリリーフ弁１５の設定圧（0.1〜0.2MPa-g）のほうが大きくなるため、リリーフ弁１５の設定圧の油がシールリング３に供給される。

図２は、実施の形態１におけるシールリング３周りの圧力分布を示す説明図で、（ａ）はガス圧0.30MPa-g時の密封油の圧力勾配、（ｂ）はガス圧0.00MPa-g時の密封油の圧力勾配をそれぞれ示している。
この発明を採用することにより、図２（ｂ）のように、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧時であっても、最低給油圧0.10MPa-gを確保でき、一定以上の機外側圧力勾配を確保できる。
このため、試運転時など0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合にも、回転軸２の温度上昇による膨張を抑制し、通常運転時の回転軸２とシールリング３の隙間を小さくできる。
一方、図３は、従来装置におけるシールリング３周りの圧力分布を示す説明図で、（ａ）はガス圧0.30MPa-g時の密封油の圧力勾配、（ｂ）はガス圧0.00MPa-g時の密封油の圧力勾配をそれぞれ示している。
この発明を採用しない場合は、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧の時には、図３（ｂ）に示すよう機内側圧力勾配はガス圧0.30MPa-gと同じであるが、機外側圧力勾配は、ガス圧0.30MPa-gの場合に比べて小さくなる。
このためこの時の密封油量を確保すべく、回転軸２とシールリング３の間の隙間を大きくする必要がある。
なお、図２，３において、回転軸２とシールリング３との間において点線で包囲した部分は、密封油で油膜が形成される領域を示している。

以上のように、実施の形態１の回転電機の密封油供給装置によれば、水素ガスが封入された回転電機１のシールリング３に、密封油ポンプ７から密封油の油圧を調節する差圧調整弁８を経由して密封油を供給するようにした回転電機の密封油供給装置において、密封油ポンプ７から差圧調整弁８を経由して密封油を供給する第１の経路に加え、密封油ポンプ７からリリーフ弁１５を経由して密封油を供給する第２の経路を設けるようにしたもので、これにより、試運転時などガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合にも必要な給油圧を確保することで、回転軸２の温度上昇による膨張を抑制し、通常運転時の回転軸２とシールリング３の隙間を小さくして、油量低減および小型化を図ることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態1では、差圧調整弁８とリリーフ弁１５の戻り油を別々の密封油戻り管９，１０を経て真空槽５に戻すように構成したが、図４に示すように、差圧調整弁８の戻り油とリリーフ弁１５の戻り油が同じ密封油戻り管１８を通って真空槽５に戻る構造になっていてもよい。
このように構成すれば、密封油戻り管が1本で済み、構成が簡単になる利点がある。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 回転電機、１ａ 密閉室、２ 回転軸、３ シールリング、
４ 密封油排油管、５ 真空槽、６ 密封油供給管、
７ 密封油ポンプ、８ 差圧調整弁、９ 密封油戻り管、
１０ 密封油戻り管、１１ 油面調整弁、１２ 気体排出管、
１３ 真空ポンプ、１４ 放出管、１５ リリーフ弁、
１６ 逆止弁、１７ 逆止弁、１８ 密封油戻り管。

Claims (6)

1. 水素ガスが封入された回転電機のシールリングに、密封油ポンプから密封油の油圧を調節する差圧調整弁を経由して前記密封油を供給するようにした回転電機の密封油供給装置において、
   前記差圧調整弁は、前記回転電機の内部の水素ガス圧より一定値だけ高くなるように制御された前記密封油を通過させると共に、
   前記密封油ポンプから前記差圧調整弁及びその後流側に設けた第1の逆止弁を経由して前記密封油を供給する第１の経路に加え、
   前記密封油ポンプから最低給油圧以上の設定圧に調整されたリリーフ弁及びその後流側に設けた第２の逆止弁を経由して前記密封油を供給する第２の経路を設けたことを特徴とする回転電機の密封油供給装置。
2. 前記リリーフ弁の設定圧が0.1〜0.2MPa-gに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の密封油供給装置。
3. 前記第２の経路は、前記第１の経路と並列に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の密封油供給装置。
4. 前記差圧調整弁の戻り油と前記リリーフ弁の戻り油が同じ密封油戻り管を通って真空槽に戻るようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の密封油供給装置。
5. 水素ガスが封入された回転電機のシールリングに、密封油ポンプから密封油の油圧を調節する差圧調整弁を経由して前記密封油を供給するようにした回転電機の密封油供給方法において、
   前記回転電機の通常運転時には、前記密封油ポンプから前記差圧調整弁及びその後流側に設けた第1の逆止弁を経由する第１の経路により前記回転電機の内部の水素ガス圧より一定値だけ高くなるように制御された前記密封油を供給すると共に、
   前記回転電機を前記水素ガスのガス圧0.00MPa-gに近い極低圧で運転する場合には、前記密封油ポンプから最低給油圧以上の設定圧に調整されたリリーフ弁及びその後流側に設けた第２の逆止弁を経由する第２の経路により前記密封油を供給するようにしたことを特徴とする回転電機の密封油供給方法。
6. 前記リリーフ弁の設定圧が0.1〜0.2MPa-gに設定されていることを特徴とする請求項５に記載の回転電機の密封油供給方法。

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