JP6362727B1 - 回転電機の密封油供給装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】気体抽出槽に貯留される密封油の貯留量を維持することができる回転電機の密封油供給装置を提供する。
【解決手段】密封油供給装置1は、冷却用の気体を封入した回転電機2の軸封部4に供給される密封油を貯留する主貯留槽5と、軸封部4から導出された密封油を貯留し、密封油に含まれる気体を抽出する気体抽出槽7と、気体抽出槽7の内部空間を水平方向に仕切る隔壁部12と、隔壁部12の一方側に配置され、軸封部4から密封油が流入する第1室13と、隔壁部12の他方側に配置され、主貯留槽5に密封油が流出する第2室14と、気体抽出槽7の下部に取り付けられ、第1室13と第2室14を連通させるU字管15と、U字管15から連続して延び、かつ第1室13の底部から鉛直方向に突出される突出管17と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明の実施形態は、冷却用の気体を封入した回転電機の軸封部に密封油を供給する密封油供給装置に関する。
従来、密封油供給装置は、主油タンクに貯留された密封油を、給油ポンプを用いて回転電機の軸封部に供給している。また、軸封部から戻ってきた密封油に含まれる水素ガスなどの冷却用の気体を分離排出するための空気抽出槽が設けられる。この空気抽出槽の内部には、隔壁で区分された空気抽出室と油面調整室が設けられ、これらの室がUシール管によって連通されている。そして、油面調整室から主油タンクに密封油が流出される。
このような密封油供給装置では、主油タンクの使用を停止し、この主油タンクの代替として空気抽出槽を用いる自己循環運転が行われる場合がある。この自己循環運転を行う場合に、所定の貯留量の密封油が空気抽出槽に貯留されていないと、軸封部に供給する密封油の量が不足し、軸受部から冷却用の気体が噴出してしまう。そこで、空気抽出槽に貯留される密封油の貯留量を常に所定の量に維持するようにしている。
特開2009−142124号公報
主油タンク(主貯留槽)の内部の圧力は、ガス抽出器により負圧になっている。このガス抽出器は、固定式のダンパにより一定の開度が維持されるので、主油タンク内の圧力が一定に保たれる。しかしながら、給油ポンプによる給油量の変化などの要因により主油タンク内の圧力が乱れることがある。この場合に油面調整室の内部が負圧になり、これに伴って空気抽出室に貯留される密封油の油面が低下し、空気抽出槽(気体抽出槽)に貯留される密封油の貯留量を維持することができなくなるという課題がある。
本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、気体抽出槽に貯留される密封油の貯留量を維持することができる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。
本発明の実施形態に係る回転電機の密封油供給装置は、冷却用の気体を封入した回転電機の軸封部に供給される密封油を貯留する主貯留槽と、前記軸封部から導出された前記密封油を貯留し、前記密封油に含まれる前記気体を抽出する気体抽出槽と、前記気体抽出槽の内部空間を水平方向に仕切る隔壁部と、前記隔壁部の一方側に配置され、前記軸封部から前記密封油が流入する第1室と、前記隔壁部の他方側に配置され、前記主貯留槽に前記密封油が流出する第2室と、前記気体抽出槽の下部に取り付けられ、前記第1室と前記第2室を連通させるU字管と、前記U字管から連続して延び、かつ前記第1室の底部から鉛直方向に突出される円筒形状を成す突出管と、前記突出管の上端に配置されて前記突出管の直径よりも大きな直径を有して前記突出管の上端を囲む円筒形状を成し、前記突出管の上端より低い位置から前記突出管の上端より高い位置まで延びる波除部と、前記波除部の内面と前記突出管の外面との間に形成されて前記密封油が通過可能な間隙部と、前記突出管の周方向に並び、前記波除部を前記突出管から離間させた状態で支持し、前記間隙部内で上下方向に延びる板状を成す複数の支持部と、を備えることを特徴とする。
回転電機の密封油供給装置を示す構成図。 気体抽出槽を示す側断面図。 気体抽出槽を示す図2のA−A断面図。 波除部が取り付けられる前の第1突出管を示す側断面図。 波除部および第1突出管を示す側断面図。 波除部および第1突出管を示す平面図。
以下、本実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1の符号1は、密封油供給装置である。この密封油供給装置1は、回転電機2の軸受装置3の軸封部4に密封油を供給する。なお、本実施形態の回転電機2として、火力発電プラントまたは原子力発電プラントに設けられる大容量のタービン発電機を例示する。
また、回転電機2の内部には、冷却効果を高めるために、水素ガスなどの冷却用の気体(冷媒)が封入されている。この冷却用の気体により、界磁コイルまたは固定子コイルなどの発熱部が冷却される。
また、回転電機2の回転子軸(図示略)を支承するために軸受装置3が設けられている。さらに、軸封部4は、軸受装置3から水素ガスが外部に漏洩されることを防止するために設けられている。本実施形態の密封油供給装置1は、軸封部4に潤滑油を兼ねた密封油を供給する。この密封油は、軸封部4を通過した後に回収される。
なお、軸封部4を通過した密封油には、水素ガスおよび空気などの気体が含まれている。これらの気体は、小さな気泡として密封油に混入したり、密封油に熔解されたりしている。そこで、密封油供給装置1では、軸封部4を通過した密封油から気体を抽出した後に、この密封油を再び軸封部4に供給するようにしている。つまり、密封油の循環供給が行われる。
図1に示すように、密封油供給装置1は、回転電機2の軸封部4に供給される密封油を貯留する主貯留槽5と、主貯留槽5から軸封部4に密封油を給油する給油ポンプ6と、軸封部4から導出された密封油を貯留し、この密封油に含まれる気体を抽出する気体抽出槽7と、を備える。
また、給油ポンプ6を動作させることで、主貯留槽5に貯留された密封油が回転電機2の軸封部4に供給される。なお、主貯留槽5には、内部で発生したガスを抽出するガス抽出器8(ベーパーファン)が設けられる。また、主貯留槽5の内部の圧力は、ガス抽出器8の動作により負圧になっている。このガス抽出器8は、固定式のダンパ(図示略)により一定の開度が維持されるので、主貯留槽5の内部の圧力が一定に保たれる。
また、主貯留槽5には、2つの軸封部4が接続されるすなわち、給油ポンプ6と回転電機2とを接続する給油配管9が途中で2つに分岐され、それぞれの給油配管9を介して2つの軸封部4に密封油が供給される。これらの軸封部4から戻り配管10が延び、これらの戻り配管10が気体抽出槽7に設けられた密封油入口部11a,11bにそれぞれ接続される。
図2および図3に示すように、気体抽出槽7は、円筒軸が水平方向を向く円筒形状を成す槽である。この気体抽出槽7は、長手が水平方向を向く横長の槽である。この気体抽出槽7に所定量の密封油が貯留される。本実施形態では、気体抽出槽7の上下方向のほぼ中央位置が油面L1〜L3となる量の密封油が貯留される。
また、気体抽出槽7の内部には、その内部空間を水平方向に仕切る隔壁部12が設けられる。この隔壁部12は、円板状を成し、その周縁全体が気体抽出槽7の内周全体に接続される。なお、気体抽出槽7には、隔壁部12の一方側に配置され、軸封部4から密封油が流入する第1室13と、隔壁部12の他方側に配置され、主貯留槽5に密封油が流出する第2室14と、が設けられる。
さらに、気体抽出槽7の下部には、第1室13と第2室14を連通させるU字管15が取り付けられる。このU字管15に密封油が保持されることで、第1室13と第2室14との間を密封油が流通可能な状態としつつ、密封油により封水が形成される。
また、気体抽出槽7は、その端部近傍に2個(複数個)の密封油入口部11a,11bを所定角度で対峙するように配置している。本実施形態では、密封油入口部11a,11bが第1室13に対応した位置に設けられる。なお、第2室14は、気体抽出槽7における他端部側に第1室13と独立して配置される。
本実施形態では、一方の密封油入口部11aが気体抽出槽7の端面に配置され、他方の密封油入口部11b気体抽出槽7の周面に配置される。つまり、2個の密封油入口部11a,11bがほぼ90度の角度で対峙される。そのため、それぞれの密封油入口部11a,11bから気体抽出槽7の内部に噴出した密封油同士が互いに直角に衝突する。このように、気体抽出槽7に接続される密封油の戻り配管10を端近傍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、密封油中の気体分離性能が向上し、気体抽出槽7の小型化が図れる。つまり、気体抽出槽7の水平方向の長さ寸法縮小化が図れる。
また、密封油入口部11a,11bから第1室13に導入された密封油は、隔壁部12に向かって流れる。この第1室13には、それぞれの密封油入口部11a,11bの軸線Jが交差する部分よりも僅か下流位置に底部から鉛直方向に延びる多孔板16が設けられる。この多孔板16は、多数の貫通孔を有する板部材である。なお、多孔板16は、網目状であっても良い。
また、密封油入口部11a,11bから第1室13に流入した密封油は、多孔板16を通過することによって整流される。そして、多孔板16を通過した後に、下流に流れる過程において油面L1から水素ガスが放出される。このように、多孔板16により密封油が整流されることで、効率よく水素ガスを密封油から分離することができる。
また、気体抽出槽7の内部には、U字管15から連続して延び、かつ第1室13の底部から鉛直方向に突出される第1突出管17と、U字管15から連続して延び、かつ第2室14の底部から鉛直方向に突出される第2突出管18と、が設けられる。なお、第1突出管17および第2突出管18は、上端が開口された円筒形状を成す管である。さらに、第1突出管17の上端には、波除部19が設けられる。
また、第1突出管17は、第1室13の内部において隔壁部12の近傍に設けられる。この第1突出管17は、第1室13の内部において気体抽出槽7の上下方向の中央位置まで突出される。なお、多孔板16により整流された密封油は、第1突出管17に到達する。そして、密封油は、第1突出管17からU字管15に入り込み、第2室14に向かって流れる。
また、第1室13に貯留される密封油の油面L1は、第1突出管17の上端の高さ位置により既定される。このようにすれば、第1室13の密封油を貯留したときに、その油面L1が気体抽出槽7の上下方向の中央位置に維持されるので、油面L1の面積を最大にすることができ、密封油に含まれる気体を油面L1から効率的に排出することができる。
また、第2突出管18は、第2室14の内部において隔壁部12の近傍に設けられる。この第2突出管18は、第2室14の内部において気体抽出槽7の上下方向の中央位置まで突出される。なお、第1突出管17の突出長と第2突出管18の突出長とは、ほぼ同じ長さとなっている。さらに、U字管15を通過した密封油は、第2突出管18の上端から溢れ出すことで第2室14の内部に導入される。
また、気体抽出槽7の第2室14側の端面には、密封油出口部20が設けられる。この密封油出口部20には、戻り油母管21が接続される(図1参照)。なお、第2突出管18から第2室14に導入された密封油は、戻り油母管21から流出され、この戻り油母管21を介して主貯留槽5に密封油が戻るようになっている。
また、第2室に貯留される密封油の油面は、主貯留槽5に流出される密封油の流出量により既定される。なお、第1室13よりも第2室14が負圧になることで、第2室14の油面L2の高さレベルは、第1突出管17の内部の油面L1の高さレベルよりも高くなっている。なお、第2室14に貯留される密封油の油面L2が第2突出管18の上端の高さ位置よりも低くなった場合において、第2突出管18の内部の油面は、第2突出管18の上端の高さ位置に維持される。
本実施形態では、第1室13の油面L1の高さレベルは、第1突出管17の内部の油面L3の高さレベルよりも高く、第2室14の油面L2の高さレベルよりも低くなっている。さらに、第2室14の油面L2の高さレベルは、回転電機2の駆動状況に応じて適宜変更される。そのため、第2室14の油面L2の高さレベルが、第1室13の油面L1の高さレベルよりも低くなる場合もある。
例えば、回転電機2の軸封部4の密封油の量の変化、回転電機2の回転速度におけるロータポジションおよびローターと軸受け油切のギャップの変化などにより、軸封部4における圧力が変化する場合がある。特に、回転電機2の起動時を含む負荷運転時(回転上昇時)では、給油ポンプ6による密封油の給油量が増加し、第2室14の気圧が最も低くなる。なお、温度制御により密封油の温度が安定すると、第2室14の気圧も安定する。
また、気体抽出槽7の上部には、大気放出管22が設けられている。第1室13に貯留された密封油の油面L1から放出された水素ガスは、この大気放出管22を介して第1室13から外部に放出される。つまり、第1室13では自然抜気が行われる。
また、気体抽出槽7の第1室13側の端面には、HAD配管23が設けられる。このHAD配管23は、気体抽出槽7の上下方向の中央位置よりも下方に設けられる。そのため、第1室13に貯留される密封油の油面L1よりも低い位置にHAD配管23が配置される。なお、定期点検時などにおいて、気体抽出槽7の第1室13を主貯留槽5の代替として用いる自己循環運転が行われる場合がある。
なお、自己循環運転時には、回転電機2のリークテスト、または回転電機2の内部のガス置換などが実施される。さらに、この自己循環運転時には、給油ポンプ6が停止され、HAD配管23を介して密封油ポンプ(図示略)に密封油が流れるようになる。
ここで、気体抽出槽7の第1室13の油面L1の高さレベルを監視するために、油面監視装置(図示略)が設けられている。なお、第1室13に貯留される密封油の貯留量は、油面監視装置の警報レベル以下にならないように所定量が維持される。また、第1室13の油面L1の警報レベルは、HAD配管23よりも高い位置となっている。つまり、HAD配管23から流出する密封油に第1室13の内部の空気が混じらないようにしている。
なお、回転電機2を長期間に亘って運転すると、循環供給される密封油中に混入した不純物(異物、金属くず)が第1室13の内部に溜まるようになる。そのため、メンテナンス時に第1室13およびU字管15の内部の清掃を行う必要がある。
本実施形態の気体抽出槽7の上部には、2箇所にマンホール24が設けられている。なお、第1室13を清掃する際には、第1室13の内部の密封油を抜いて、これらのマンホール24を開放することで、作業者が第1室13の内部に入ることができる。
また、U字管15の最下部の屈曲している部分には、清掃用座25が設けられている。この清掃用座25は、蓋部材26で閉塞されている。なお、U字管15の内部の密封油を抜いて、蓋部材26を取り外すことで、U字管15の内部を清掃することができる。
図1に示すように、U字管15の最下部には、U字管15の内部から密封油を排出するドレン管27が接続される。さらに、ドレン管27には、U字管15の内部の密封油の排出を制御するドレン弁28が設けられる。
また、気体抽出槽7には、第1室13とドレン管27とを接続する接続管29が接続される。この接続管29は、ドレン管27においてドレン弁28よりも上流側に接続される。さらに、この接続管29には、第1室13とドレン管27とが連通される第1状態と第1室13とドレン管27とが連通されない第2状態とを切り換える切換弁30が設けられる。
このようにすれば、ドレン弁28を閉鎖し、かつ切換弁30を開放することで、接続管29およびドレン管27を用いて第1室13と第2室14とを連通させることができる。また、ドレン弁28を開放し、かつ切換弁30を閉鎖することで、U字管15から密封油を排出することができる。なお、ドレン弁28と切換弁30の双方を開放することで、U字管15および第1室13から密封油を排出することができる。
図4および図6に示すように、波除部19は、第1突出管17の直径よりも大きな直径を有し、かつ第1突出管17の上端を囲む円筒形状を成す。また、波除部19の内周面には、複数の支持部31が設けられる。本実施形態では、周方向に等間隔に並んだ4つの支持部31が波除部19に設けられる。なお、支持部31は、上下方向に延びる板状を成す部材である。
これらの支持部31は、側面視で逆L字形状を成す屈曲部32を有する。これらの屈曲部32が第1突出管17の上端に接触することで、波除部19が第1突出管17に取り付けられる。なお、第1突出管17の上端と支持部31とを溶接などを用いて接合しても良い。
図5および図6に示すように、第1室13に貯留される密封油の油面L1は、第1突出管17の上端の高さ位置となる。これに対して第1突出管17の内部の油面L3は、第1室13の油面L1よりも低くなる。これら油面L1,L3の差は、第1室13よりも第2室14が負圧になることで生じる。ここで、第1突出管17の内部の油面L3は、第2室14の気圧の変化に応じて変動するが、第1室13の油面L1は、変化しないようになっている。そのため、第1室13(気体抽出槽7)に貯留される密封油の貯留量が、所定量以下にならないように維持することができる。そのため、プラントにおいて安定的に使用できる密封油供給装置1となっている。
また、多孔板16により密封油を整流しても油面L1に波または泡立ちが残る場合がある。そこで、本実施形態では、波除部19を第1突出管17の上端に設けることで、油面L1の近傍の密封油が第1突出管17の内部に進入しないようにしている。
また、波除部19は、第1突出管17の上端より低い位置から第1突出管17の上端より高い位置まで延びる板状を成す部分を有する。この波除部19が第1突出管17に取り付けられることで、第1室13に貯留される密封油の油面に波または泡立ちが生じても、波除部19により波または泡立ちが解消され、波または泡立ちの無い密封油を第1突出管17の内部に流し込むことができる。
また、波除部19の内面と第1突出管17の外面との間に形成されて密封油が通過可能な間隙部Dが形成される。このようにすれば、波または泡立ちが生じる油面から離れた位置であって、所定の深さの密封油が、間隙部Dを通過して第1突出管17の内部に流れ込むので、波または泡立ちの無い密封油を第1突出管17の内部に流し込むことができる。
また、複数の支持部31が第1突出管17の周方向に並び、波除部19を第1突出管から離間させた状態で支持している。このようにすれば、密封油の油面L1を規定する第1突出管17の上端が波除部19で囲われることで、第1突出管17の周囲のいずれの方向から密封油が流れ込んでも、波または泡立ちの無い密封油を第1突出管17の内部に流し込むことができる。
また、平面視において、第1突出管17の円筒軸と波除部19の円筒軸とが同じ中心位置Cに配置される。このようにすれば、第1突出管17の上端の周囲から均等の量の密封油が流れ込むようになるので、U字管15に向かって落ちる密封油の流れを整えることができる。
図2に示すように、第2突出管が第2室14の底部から鉛直方向に突出されることで、第2室14に貯留される密封油の油面L2が低下しても、U字管15の内部の密封油の貯留量が変化しないで済み、常に所定量の密封油がU字管15の内部に貯留されるので、U字管15の第1室13の油面L1を所定の高さレベルに維持することができる。つまり、第1突出管17の上端から、第1突出管17の内部の油面L3までの間を、所定の距離に維持することができる。そのため、第1突出管17の上端から、第1突出管17の内部に落ちる密封油に泡立ちが生じ難くなる。
なお、本実施形態では、第1突出管17の周方向に等間隔に並んだ4つの支持部31が波除部19に設けられるが、3つの支持部31を第1突出管17の周方向に等間隔に並べることで、波除部19を支持しても良い。また、5つ以上の薄板状の支持部31を第1突出管17の周方向に等間隔に並べることで、上下方向に流れる密封油の整流を行っても良い。
なお、本実施形態では、第1突出管17の突出長と第2突出管18の突出長とは、ほぼ同じ長さとなっているが、第1突出管17の突出長を第2突出管18の突出長よりも長くしても良い。また、第1突出管17の突出長を第2突出管18の突出長よりも短くしても良い。
以上説明した実施形態によれば、U字管から連続して延び、かつ第1室の底部から鉛直方向に突出される突出管を備えることにより、気体抽出槽に貯留される密封油の貯留量を維持することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…密封油供給装置、2…回転電機、3…軸受装置、4…軸封部、5…主貯留槽、6…給油ポンプ、7…気体抽出槽、8…ガス抽出器、9…給油配管、10…戻り配管、11a,11b…密封油入口部、12…隔壁部、13…第1室、14…第2室、15…U字管、16…多孔板、17…第1突出管、18…第2突出管、19…波除部、20…密封油出口部、21…戻り油母管、22…大気放出管、23…HAD配管、24…マンホール、25…清掃用座、26…蓋部材、27…ドレン管、28…ドレン弁、29…接続管、30…切換弁、31…支持部、32…屈曲部、C…中心位置、D…間隙部、J…軸線、L1〜L3…油面。

Claims (5)

  1. 冷却用の気体を封入した回転電機の軸封部に供給される密封油を貯留する主貯留槽と、
    前記軸封部から導出された前記密封油を貯留し、前記密封油に含まれる前記気体を抽出する気体抽出槽と、
    前記気体抽出槽の内部空間を水平方向に仕切る隔壁部と、
    前記隔壁部の一方側に配置され、前記軸封部から前記密封油が流入する第1室と、
    前記隔壁部の他方側に配置され、前記主貯留槽に前記密封油が流出する第2室と、
    前記気体抽出槽の下部に取り付けられ、前記第1室と前記第2室を連通させるU字管と、
    前記U字管から連続して延び、かつ前記第1室の底部から鉛直方向に突出される円筒形状を成す突出管と、
    前記突出管の上端に配置されて前記突出管の直径よりも大きな直径を有して前記突出管の上端を囲む円筒形状を成し、前記突出管の上端より低い位置から前記突出管の上端より高い位置まで延びる波除部と、
    前記波除部の内面と前記突出管の外面との間に形成されて前記密封油が通過可能な間隙部と、
    前記突出管の周方向に並び、前記波除部を前記突出管から離間させた状態で支持し、前記間隙部内で上下方向に延びる板状を成す複数の支持部と、
    を備えることを特徴とする回転電機の密封油供給装置。
  2. 記突出管の円筒軸と前記波除部の円筒軸とが同じ位置に配置される請求項に記載の回転電機の密封油供給装置。
  3. 前記U字管から前記密封油を排出するドレン管と、
    前記ドレン管に設けられるドレン弁と、
    前記第1室と前記ドレン管とを接続する接続管と、
    前記接続管に設けられ、前記第1室と前記ドレン管とが連通される第1状態と前記第1室と前記ドレン管とが連通されない第2状態とを切り換える切換弁と、
    を備える請求項1または請求項に記載の回転電機の密封油供給装置。
  4. 前記気体抽出槽が、円筒軸が水平方向を向く円筒形状を成し、
    前記突出管が前記気体抽出槽の上下方向の中央位置まで突出される請求項1から請求項のいずれか1項に記載の回転電機の密封油供給装置。
  5. 前記突出管が第1突出管であり、
    前記U字管から連続して延び、かつ前記第2室の底部から鉛直方向に突出される第2突出管を備える請求項1から請求項のいずれか1項に記載の回転電機の密封油供給装置。
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