JP6234286B2 - 密封油処理装置及びそれを備えた回転電機システム - Google Patents
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Description
この密封油は、密封油処理装置により、密封油系統内を密封油ポンプで循環させて軸封部に供給されている。密封油ポンプの万一の異常に備えて常用の密封油ポンプに加えて非常用の密封油ポンプが設けられる場合がある。
常用と非常用の密封油ポンプを備えた密封油処理装置では、例えば常用密封油ポンプが故障して非常用密封油ポンプの運転に自動的に切り替わる場合、常用密封油ポンプの停止時間は速く、半面、非常用密封油ポンプは慣性が大きく立ち上がり時間が遅いために、両ポンプから送り出される油の合計量が減少して回転電機へ供給する油量が減少する。その結果、回転電機に封入された水素ガス圧力以上の圧力で供給されていた密封油の供給圧力が、極短時間ではあるが水素ガス圧力以下に低下し、微量の水素ガスが回転電機の周辺に放出されるという恐れがあるため、その対策が必要であった。
また、他の従来技術として、例えば、図10のような構成が開示されている。図10において、回転電機51の軸封部52の密封油は、集油タンク53に集められ、常用密封油ポンプ54により逆止弁55を経て軸封部52へと循環供給されている。常用密封油ポンプ54,逆止弁55と並列に非常用密封油ポンプ56,逆止弁57を備え、供給回路58に並列に圧力補償装置59が設けられている。圧力補償装置59は、密封油槽59a内に、図のようにピストン59bとスプリング59cを有しており、また別の構成では、ピストン59bにかえてベローズが用いられている。これにより、供給油圧が低下したときに密封油槽59a内の油を供給回路58に押し出して圧力低下を防止するものである(例えば、特許文献1参照)。
また、上記の密封油槽と同様の機能を持つ補助密封油供給シリンダを設置して、回転電機に接続されているコンプレッサの空気圧、あるいは回転電機本体に油圧上昇機構として密封油軸受を追設して、昇圧された油を前記のシリンダに供給して加圧源とする等の技術も開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、特許文献2のような方式では、補助密封油供給シリンダ内にピストンを設けたり、シリンダに供給する圧縮空気の供給配管や油を加圧するコンプレッサ等を設けたりする必要があり、構造が複雑であった。更に、この密封油の圧力低下を補償する機能を回転電機に付加するには、配管の追加や回転電機本体への新規設備の追加等が多く発生して、作業時間がかかりコストアップになるという問題があった。
また、この発明に係る回転電機システムは、回転電機と、冷却ガスを封入した回転電機の軸封部へ密封油を供給する密封油処理装置とを備え、密封油処理装置は、上記の密封油処理装置としたものである。
また、この発明の回転電機システムによれば、上記の密封油処理装置を用いたので、上記と同様の効果を得ることができる。
以下、この発明の実施の形態1による回転電機システムの密封油処理装置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による回転電機システムの密封油処理装置を示す系統図である。
回転電機1は、冷却媒体として、内部に大気圧以上に加圧された水素ガスが封入されており、回転電機1の回転軸の両端部には密封器を有する軸封部2が設けられ、水素ガスが外部に流出しないように、水素ガスの圧力以上に昇圧された密封油によって軸貫通部が密封されている。軸封部2には、次に説明する密封油処理装置5から密封油が供給され、軸封部2から流出した密封油は軸受返油管3を通りループシールタンク4に集められ、ここから密封油処理装置5へと循環される。
ループシールタンク4では、軸封部2から流出した密封油に混入している僅かな空気および素ガスを分離して、図示しない排気管を通じて外部に放出するようになっている。
また、常用密封油ポンプ6または非常用密封油ポンプ7から送り出された密封油を適正な一定圧力に制御するために、ポンプ吐出側の差圧調整弁10より手前に一次圧力調整弁12が設けられ、その下流側には、常用密封油ポンプ6の油供給源として大量の油を保有すると同時に一次圧力調整弁12から流れ出た油を真空中で噴霧して油中に含まれる気体を脱気するための真空タンク13が設けられている。
真空タンク13の密封油は常用密封油ポンプ6に供給される。また、ループシールタンク4からの密封油は、密封油戻り管9を通じて非常用密封油ポンプ7へも供給される。
常用密封油ポンプ6と非常用密封油ポンプ7のそれぞれの吐出側には逆止弁15が設けられている。
なお、両密封油ポンプ6,7と軸封部2を循環する密封油の循環経路は一例を示すもので、図に限定するものではない。
貯油タンク18には油面計19が設けられており、また上部側にはガス供給管20が接続され、貯油タンク18内の油(以下、貯蔵油という)の上部空間に加圧ガスを供給する。この加圧ガスの加圧源として、ガス供給管20に、逆止弁21,減圧弁22を介し小型ガスボンベ23が接続されている。また、ガス供給管20には、貯油タンク18内へ貯蔵油を貯める時の圧力抜きとしてベント弁24が設けられており、給油時には油面計19で適正油面になるように監視しながらベント弁24から空気を放出する。
また、逆止弁21は、万一、小型ガスボンベ23からの供給圧力が密封油供給管8の圧力よりも下回った場合に、貯蔵油が減圧弁22側に逆流しないためのものである。
密封油は、密封油処理装置5により、回転電機1の水素ガスの圧力以上の一定圧力に制御されて軸封部2に供給されている。もし何らかの原因で常用密封油ポンプ6の電源が喪失した場合、回転電機1の軸封部2に供給されている密封油の圧力が低下するが、回転電機1を冷却する水素ガスの圧力と、供給されている密封油の油圧との差圧が一定値以下になれば非常用密封油ポンプ7が自動起動して常用密封油ポンプ6の吐出量減少を補償するようになっている。
この時の密封油供給圧力の動きを図4の及び図5の模式図により説明する。図4は、密封油の圧力低下防止機能を持たない場合であり、比較のための参考図である。図5は、本実施の形態の圧力低下防止機能を備えた場合である。
密封油供給圧力は、実線のように回転電機1の水素ガス圧力より例えばαだけ高い圧力で供給されている。A点で常用密封油ポンプ6が停止すると、供給油圧(吐出圧力)が図のように低下する。替わって非常用密封油ポンプ7が起動し、その吐出圧力が細い破線で示すように上昇する。これにより、密封油供給管8を介して軸封部2に供給される密封油の供給圧力は、太い破線で示すように変化し、この過程で上述のような両ポンプの特性もあって、供給圧力が水素ガス圧力よりも時間T(秒)の間だけ下回ってしまう。この時間Tは回転電機1の大きさにより異なるが、例えば、0.5から1.0秒程度である。
ここで例えば、圧力補償用の容器をアキュムレータで構成すると、アキュムレータ内部には加圧ガスを封入する大きなゴム製容器を収納するために、油を保有できるスペースが限られてくる。アキュムレータの設計の一例として、7.6L(リットル)の油を2.5秒間で供給するとした場合、アキュムレータの大きさは標準市販品で直径318.5mm、長さで約2500mm、内容積で147L程度の大きな体積を必要とした。本発明の貯油タンク18の場合、貯油量は余裕を見て15Lとし、上部の気相部も同じ15Lと仮定すると全体積は30Lになる。この容積の容器を、上記のアキュムレータと同一直径で構成すると、長さが600mm程度のとなり、アキュムレータ長さ2500mmに比べ格段に小型化が可能となる。
密封油供給管8に供給される油圧は圧力補償給油管16の圧力損失分の圧力低下を伴うが、配管を太くするなどして圧力低下量を小さくすることで、圧力損失を小さくできるので問題はない。
図6は、実施の形態2による回転電機システムの密封油処理装置の系統図である。図1と同等部分は同一符号で示して説明を省略し、以下では相違点を中心に説明する。
図6に示すように、本実施の形態では、圧力補償給油管16の途中に常時閉状態の空気ロックアップ弁28が設けられている。この空気ロックアップ弁28の制御部は、密封油供給管8側の一次圧力調整弁12の一次側と同じ部位に、圧力検出管29により接続されており、密封油供給管8側の圧力を検知して開閉されるようになっている。また、空気ロックアップ弁28と並列に、給油弁30が設けられている。
常用密封油ポンプ6が停止して非常用密封油ポンプ7に切替わり一時的に密封油供給管8側の圧力が低下した場合、圧力検出管29を通じて圧力低下が空気ロックアップ弁28に伝達され、それを検知して空気ロックアップ弁28が自動的に開き、貯油タンク18内の貯蔵油が密封油供給管8側へ供給されることで圧力低下が抑制される。
本構成では、圧力補償給油管16は、通常は空気ロックアップ弁28で締め切られているので、貯油タンク18内の貯蔵油には大きな加圧力を掛けておくことができる。
先の実施の形態1では、貯油タンク18内の貯蔵油は、貯油タンク18の出口回路が開放されているために、密封油供給管8の圧力と同一圧力で充填されており、実際の供給時には配管圧力損失が発生して給油圧力が低下するが、本実施の形態の場合には、空気ロックアップ弁28で締め切られているので、貯蔵油の加圧力を初期時点で大きくしておくことが可能になる。これにより、圧力補償給油管16の圧力損失を相殺できる。
図7は、実施の形態2よる密封油処理装置の他の例を示す系統図である。図6と同等部分は同一符号で示して説明を省略し、以下では相違点を中心に説明する。
図7に示すように、図6の空気ロックアップ弁28に替えて、圧力補償給油管16の途中に常時閉状態の自動弁31を設けて圧力補償給油管16を締め切るようにしたものである。そして、密封油供給管8において、一次圧力調整弁12の一次側と同じ部位の圧力を圧力スイッチ32で検出し、その信号を制御器33に取り入れて、制御器33からの制御信号で自動弁31を開閉するようにしたものである。
常用密封油ポンプ6が停止する等で圧力スイッチ32の圧力が一定値以下に低下すると圧力スイッチ32がオンになり、制御器33に信号が送られ、制御器33から自動弁31を開にする信号を出し、自動弁31を開いて密封油供給管8側に貯蔵油を供給することで供給圧力の低下を補償する。
この構成でも、通常は圧力補償給油管16が締め切られているので、貯油タンク18の加圧力を大きくすることが可能であり、油圧回復に対する性能を向上させる効果があると共に、動作圧力を圧力スイッチ32の設定を変えることで変更できるので、運用上の利便性が広がる。また、貯油タンク18への給油は、ベント弁24を開けた状態で自動弁31の操作スイッチをオンにすることで可能であり、油面計19で油面監視しながら適正油面になれば操作スイッチをオフにすれば良く、操作も簡単である。
図8は、実施の形態3による回転電機システムの密封油処理装置を示す系統図である。実施の形態2の図6に対応するので、図6と同等部分は同一符号で示して説明を省略し、以下では相違点を中心に説明する。
これまでの実施の形態では、貯油タンク18の貯蔵油の加圧源として、小型ガスボンベ23を用いていた。しかし、回転電機1の関連設備として、密封油処理装置5の設置場所には、通常、圧力を持った制御空気配管が設置されていることが多い。そこで、本実施の形態では、その制御空気配管34に元弁35を設置し、貯油タンク18のガス供給管20に元弁35を介し制御空気配管34の制御空気を導き、貯油タンク18の貯蔵油の上面を直接その加圧ガスにより加圧する加圧源としたものである。
本構成では、小型ガスボンベ23,減圧弁22などの設備が不要になるので、極めて安価に設備を提供することができる。
図9は、実施の形態2の図7に対応するものであり、図7と同等部分は同一符号で示して説明を省略し、以下では相違点を中心に説明する。
図9に示すように、制御空気配管34に元弁35を設置し、貯油タンク18のガス供給管20に元弁35を介し制御空気配管34の制御空気を導き、貯油タンク18の貯蔵油の加圧源としたものである。圧力補償給油管16の接続点は、図8の場合と同じ理由で、密封油供給管8の供給油圧が低い、差圧調整弁10の下流側としている。図7の小型ガスボンベ23からのガス供給が制御空気配管34に置き換わっただけで、図7と同様の効果を得ることができ、設備が簡単となる。
空気ロックアップ弁、29 圧力検出管、30 給油弁、31 自動弁、32 圧力スイッチ、33 制御器、34 制御空気配管、35 元弁。
Claims (6)
- 冷却ガスが封入された回転電機の軸封部へ密封油を供給する密封処理装置であって、
密封油供給管を通じて前記密封油を前記軸封部に供給する常用密封油ポンプと、前記常用密封油ポンプに並列に設けられて非常時に切替えて使用される非常用密封油ポンプと、前記密封油供給管に圧力補償給油管を通じて接続され、内部に油を貯蔵すると共に前記油の減少時に出口部を塞ぐチェック弁機能を有するフロートが収容された貯油タンクと、前記貯油タンクの前記油の上面を直接加圧ガスにより加圧する加圧源とを備え、
前記常用密封油ポンプと前記非常用密封油ポンプとの切替え時に一時的に前記密封油の供給圧力が低下した時に、前記貯油タンクの前記油が前記圧力補償給油管を通じ前記密封油供給管に供給されて圧力低下を補償するようにしたことを特徴とする密封油処理装置。 - 請求項1記載の密封油処理装置において、
前記加圧源として、前記貯油タンクに減圧弁を介して接続された小型ガスボンベが用いられていることを特徴とする密封油処理装置。 - 請求項1記載の密封油処理装置において、
前記加圧源として、前記回転電機の設備に使用される制御空気が利用されていることを特徴とする密封油処理装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の密封油処理装置において、
前記圧力補償給油管に通常時は閉状態である空気ロックアップ弁を設け、
前記密封油供給管を通じて前記軸封部へ供給される前記密封油の圧力が閾値以下に低下したことを検知すると前記空気ロックアップ弁が開き、加圧された前記貯油タンクの前記油が前記圧力補償給油管を通じて前記密封油供給管へ供給されるようにしたことを特徴とする密封油処理装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の密封油処理装置において、
前記圧力補償給油管に通常時は閉状態である自動弁を設けると共に、前記密封油供給管に前記密封油の圧力を計測する圧力スイッチを設け、
前記密封油供給管を通じて前記軸封部へ供給される前記密封油の圧力が閾値以下に低下したことを前記圧力スイッチで検知すると検知信号により前記自動弁が開き、加圧された前記貯油タンクの前記油が前記圧力補償給油管を通じて前記密封油供給管へ供給されるようにしたことを特徴とする密封油処理装置。 - 回転電機と、冷却ガスを封入した前記回転電機の軸封部へ密封油を供給する密封油処理装置とを備え、前記密封油処理装置は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の密封油処理装置であることを特徴とする回転電機システム。
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