JP7380303B2 - Cooling device for power generation equipment - Google Patents

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Description

本発明は、水車発電機等の発電設備の発熱部分を冷却するための冷却装置に関し、特に、発電設備の摺動部分に供給する潤滑油を油中に配設された冷却配管に冷媒を循環させることによって冷却する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling the heat-generating parts of power generation equipment such as a water turbine generator, and in particular, a cooling device that circulates lubricating oil to be supplied to the sliding parts of the power generation equipment through cooling piping arranged in the oil. The present invention relates to a cooling device that cools the air by cooling the air.

例えば、水車発電機においては、回転部とこれを支える軸受との間の円滑な摺動を確保するために、軸受周囲に軸受油槽を設け、この軸受油槽に貯留されている潤滑油を軸受に常時供給するようにしている。このような回転部と軸受との間には摩擦熱が発生するため、長時間の連続運転においては、軸受油槽の潤滑油の温度が上昇し、潤滑に必要な十分な粘度が得られなくなる虞がある。そこで、潤滑油を冷却するために、従来においては、軸受油槽の潤滑油中に冷却配管を配設し、この冷却配管に冷却水を通流させて潤滑油を冷却するようにしている。そして、冷却配管を通流させた冷却水は、格別な障害が発生しない限り、そのまま河川に放水するようにしている。 For example, in a water turbine generator, in order to ensure smooth sliding between the rotating part and the bearing that supports it, a bearing oil tank is provided around the bearing, and the lubricating oil stored in this bearing oil tank is transferred to the bearing. We try to provide a constant supply. Frictional heat is generated between such rotating parts and the bearings, so during long-term continuous operation, the temperature of the lubricating oil in the bearing oil tank may rise and the sufficient viscosity required for lubrication may not be obtained. There is. Therefore, in order to cool the lubricating oil, conventionally, a cooling pipe is disposed in the lubricating oil in a bearing oil tank, and cooling water is made to flow through the cooling pipe to cool the lubricating oil. The cooling water that has flowed through the cooling pipes is discharged directly into the river unless a particular problem occurs.

しかしながら、長年の使用により、軸受油槽内の冷却水配管の肉厚が薄くなると、配管表面にピンホールが発生する可能性がある。このようなピンホールが冷却水配管に形成されると、軸受油槽中の潤滑油がピンホールを介して配管内の冷却水に流入し、そのまま河川へ流出されて環境汚染を招くことが懸念される。 However, if the thickness of the cooling water piping in the bearing oil tank becomes thin over many years of use, pinholes may occur on the surface of the piping. If such pinholes are formed in the cooling water piping, there is concern that the lubricating oil in the bearing oil tank will flow into the cooling water in the piping through the pinholes and flow directly into the river, causing environmental pollution. Ru.

そこで、冷却水配管にピンホールの発生が認められた場合には、水車発電機を停止し、分解修理してピンホールを無くした上で運転を再開させる必要があるため、運転再開までに多くの時間を要し、また予想外のコストが発生する不都合がある。 Therefore, if pinholes are found in the cooling water piping, it is necessary to stop the water turbine generator, disassemble and repair it, and eliminate the pinhole before restarting operation. This has the disadvantage that it takes time and unexpected costs are incurred.

このような不都合を回避するために、軸受油槽に冷却配管を配設しない自冷式軸受を採用することも考えられるが、自冷式軸受を採用する場合には軸受油槽を大型化する必要があるため、物理的に不可能な場合が殆どであり、また、自冷式軸受に改修可能な場合でも、主要部品の設計変更や新たな製作が必要となり、多大な費用負担を強いられる不都合がある。
そこで、従来においては、特許文献1に示されるように、冷媒循環サイクル(閉鎖循環冷却系統)を用いて冷却配管に液体冷媒を循環させ、冷却配管に供給する冷媒の経路を水圧鉄管や放水路から独立させてこれらに連通させないようにした冷却装置が提案されている。
In order to avoid such inconveniences, it is possible to use self-cooled bearings that do not have cooling piping installed in the bearing oil tank, but if a self-cooled bearing is used, the bearing oil tank needs to be larger. Therefore, it is physically impossible in most cases, and even if it is possible to upgrade to a self-cooled bearing, it would require a design change or new manufacturing of the main parts, which would incur significant costs. be.
Therefore, conventionally, as shown in Patent Document 1, a refrigerant circulation cycle (closed circulation cooling system) is used to circulate liquid refrigerant through the cooling piping, and the route of the refrigerant supplied to the cooling piping is set to a penstock or a water discharge channel. A cooling device has been proposed that is independent from the above and does not communicate with them.

特開2015-180151号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-180151

しかしながら、上述した冷媒循環サイクル(閉鎖循環冷却系統)を用いた冷却装置においては、ピンホールが発生しても油を構外へ流出させないようにすることは可能となるが、冷媒として液体冷媒(水)を用い、この液体冷媒をポンプで循環させているので、ピンホールが発生して冷媒循環サイクル(閉鎖循環冷却系統)内の液体冷媒が潤滑油に漏れ出すと、潤滑油を貯留している軸受油槽の油面が上昇し、異常検知用のセンサが動作して発電機が停止する不都合がある。また、ポンプが停止すると、軸受油槽内の潤滑油がサイクル管路内に逆流する不都合もある。 However, in a cooling system using the above-mentioned refrigerant circulation cycle (closed circulation cooling system), it is possible to prevent oil from leaking outside the premises even if a pinhole occurs, but liquid refrigerant (water ), and this liquid refrigerant is circulated by a pump, so if a pinhole occurs and the liquid refrigerant in the refrigerant circulation cycle (closed circulation cooling system) leaks into the lubricating oil, the lubricating oil is stored. There is an inconvenience that the oil level in the bearing oil tank rises and the abnormality detection sensor is activated, causing the generator to stop. Furthermore, when the pump stops, there is also the problem that the lubricating oil in the bearing oil tank flows back into the cycle pipe.

さらに、液体冷媒(水)が潤滑油中に漏れ出すと、その液体冷媒によって潤滑油が劣化する不都合が懸念されると共に、潤滑油に液体冷媒が混在すると潤滑機能を低下させる不都合も懸念される。 Furthermore, if liquid refrigerant (water) leaks into the lubricating oil, there is a concern that the lubricating oil will deteriorate due to the liquid refrigerant, and if liquid refrigerant is mixed in the lubricating oil, there is also a concern that the lubrication function will deteriorate. .

したがって、ピンホールが形成されていると認められた場合には、そのまま運転を継続させることができず、発電設備を止めて冷却水配管を修理し、また、潤滑油が冷媒の流出に起因して劣化していると認められた場合には、潤滑油の全交換が必要となる。
さらに、現状の設備をできるだけ流用するためには、低圧側の圧力を十分に低くする必要があり、また、環境負荷が懸念される冷媒(フロン等の人工冷媒やCO等)を用いることなく、環境負荷のない自然冷媒を用いた冷却装置を構築することが望ましい。
Therefore, if a pinhole is found to have formed, it is not possible to continue operation, and the power generation equipment must be shut down and the cooling water piping repaired. If it is determined that the lubricating oil has deteriorated, it will be necessary to completely replace the lubricating oil.
Furthermore, in order to reuse current equipment as much as possible, it is necessary to lower the pressure on the low-pressure side sufficiently, and to avoid using refrigerants that have environmental impacts (artificial refrigerants such as fluorocarbons, CO2 , etc.). It is desirable to construct a cooling system that uses natural refrigerants that have no environmental impact.

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、現状の設備を大きく変更する必要がなく、また、冷却配管にピンホールが発生した場合でも、軽微であれば運転を継続させても設備に支障を生じることがなく、さらに、環境負荷のない自然冷媒を用いることが可能な発電設備の冷却装置を提供することを主たる課題としている。 The present invention was made in view of the above circumstances, and does not require major changes to the current equipment, and even if a pinhole occurs in the cooling pipe, if it is minor, the equipment can continue to operate. The main object of the present invention is to provide a cooling device for power generation equipment that can use a natural refrigerant that does not cause problems and has no environmental impact.

上記課題を達成するために、本発明に係る発電設備の冷却装置は、発電設備の摺動箇所を潤滑する潤滑油を冷却するために潤滑油中に配設された冷却配管に冷媒を循環させる冷媒循環サイクルを備えた発電設備の冷却装置であって、
前記冷媒を乾燥空気とし、前記冷媒循環サイクルは、前記冷媒を圧縮する圧縮機、及び、前記冷媒を膨張させる膨張機が同軸上に連結された膨張機一体型圧縮機を備え、前記圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒を放熱する放熱装置と、前記放熱装置を通過した冷媒を膨張させる前記膨張機と、冷媒圧力を所定の圧力範囲に調節する圧力調整弁と、前記圧力調整弁で圧力調整された冷媒を供給する前記冷却配管と、前記冷却配管の下流側に設けられた逆流防止弁と、を少なくともこの順で配管接続して構成したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a cooling device for power generation equipment according to the present invention circulates a refrigerant through a cooling pipe arranged in the lubricating oil in order to cool the lubricating oil that lubricates the sliding parts of the power generation equipment. A cooling device for power generation equipment equipped with a refrigerant circulation cycle,
The refrigerant is dry air, and the refrigerant circulation cycle includes an expander-integrated compressor in which a compressor that compresses the refrigerant and an expander that expands the refrigerant are coaxially connected, and the compressor and , a heat radiating device that radiates heat from the refrigerant compressed by the compressor, the expander that expands the refrigerant that has passed through the heat radiating device, a pressure regulating valve that adjusts the refrigerant pressure to a predetermined pressure range, and the pressure regulating valve. The cooling pipe for supplying the refrigerant whose pressure has been adjusted by the cooling pipe and the check valve provided on the downstream side of the cooling pipe are connected to each other in at least this order.

したがって、冷媒循環サイクルをヒートポンプサイクルとするに当たり、圧縮機と膨張機とを一体化した膨張機一体型圧縮機を用い、冷媒として乾燥空気を用いるようにしたので、冷媒を所望の圧力に加圧することが可能となり、冷媒圧力を適切に調節することで、軸受油槽の潤滑油中に配設される冷却配管にピンホールが発生した場合においても、潤滑油が冷却配管内に浸入する不都合がなくなる。また、圧縮機を停止させても、冷媒の加圧された状態は維持されるので、ピンホールを介して潤滑油が逆流する不都合もない。 Therefore, in converting the refrigerant circulation cycle into a heat pump cycle, we used an expander-compressor that integrated a compressor and an expander, and used dry air as the refrigerant, so the refrigerant could be pressurized to the desired pressure. By appropriately adjusting the refrigerant pressure, even if a pinhole occurs in the cooling piping installed in the lubricating oil in the bearing oil tank, the inconvenience of lubricating oil infiltrating into the cooling piping is eliminated. . Further, even if the compressor is stopped, the pressurized state of the refrigerant is maintained, so there is no problem of lubricating oil flowing back through the pinhole.

また、冷媒として乾燥空気を用いているので、冷媒循環サイクル内の冷媒がピンホールを介して軸受油槽の潤滑油中に漏れ出した場合も、環境に影響を与えることは全くなく、また、漏れ出した冷媒は、潤滑油を通り抜けて油面から大気へ放出されるので、潤滑油面を上昇させて異常検知される不都合はなく、また、潤滑油を劣化させたり、潤滑油中に混在して潤滑性能を低下させたりする不都合もなくなる。 In addition, since dry air is used as the refrigerant, even if the refrigerant in the refrigerant circulation cycle leaks into the lubricating oil in the bearing oil tank through a pinhole, there will be no impact on the environment. The discharged refrigerant passes through the lubricating oil and is released from the oil level to the atmosphere, so there is no problem of raising the lubricating oil level and detecting an abnormality. This also eliminates the inconvenience of deteriorating lubrication performance.

さらに、圧力調整弁にて冷却配管に供給させる冷媒の圧力を冷却配管に負担が少ない圧力に設定することが可能となるので、既存の冷却配管をそのまま用いることができ、現状の設備を大きく変更する必要がない。
さらにまた、冷却配管の下流側に逆流防止弁を設けたので、膨張機一体型圧縮機に逆止弁の機能を具備しない場合でも、膨張機一体型圧縮機が停止した際に高圧冷媒が冷却配管に逆流する不都合を回避することが可能となる。
Furthermore, the pressure of the refrigerant supplied to the cooling piping can be set using a pressure regulating valve to a pressure that puts less strain on the cooling piping, so existing cooling piping can be used as is, making it possible to make major changes to the current equipment. There's no need to.
Furthermore, a check valve is provided on the downstream side of the cooling piping, so even if the expander-compressor does not have a check valve function, the high-pressure refrigerant will be cooled when the expander-compressor stops. This makes it possible to avoid the inconvenience of backflow into the piping.

なお、前記膨張機一体側圧縮機を、モータと、前記モータの出力軸に接続され、前記モータによって駆動されて前記冷媒を圧縮する前記圧縮機と、前記モータの前記出力軸に接続され、前記冷媒を膨張させてその際に発生する膨張エネルギーを前記出力軸の動力として回収するように構成された前記膨張機と、を備えて構成し、圧縮機と膨張機をターボ型とすることで、膨張機で発生する膨張エネルギーを圧縮機の補助動力として使用することができ、エネルギー効率を高めて冷媒として乾燥空気を用いた場合でも十分な冷却能力を得ることが可能となる。 The expander-integrated compressor is connected to a motor, the compressor that is connected to the output shaft of the motor and is driven by the motor to compress the refrigerant, and the compressor that is connected to the output shaft of the motor, and The expander is configured to expand the refrigerant and recover the expansion energy generated at that time as power for the output shaft, and the compressor and expander are of a turbo type, Expansion energy generated by the expander can be used as auxiliary power for the compressor, increasing energy efficiency and making it possible to obtain sufficient cooling capacity even when dry air is used as the refrigerant.

以上の構成は、特に、発電設備として発電機の下方に水車を設け、これら発電機と水車とが主軸に回転可能に支持された水車発電機である場合には、潤滑油中に配設される前記冷却配管を、前記発電機の上部に設けられた上部軸受の潤滑油中に配設される第1冷却配管と、前記発電機の下部に設けられた下部軸受の潤滑油中に配設される第2冷却配管と、前記水車の上部に設けられた水車軸受の潤滑油中に配設される第3冷却配管と、によって構成するとよい。 In particular, in the case where a water turbine is provided below the generator as power generating equipment and the generator and the water turbine are rotatably supported on the main shaft, the above configuration is arranged in lubricating oil. a first cooling pipe disposed in the lubricating oil of an upper bearing provided at the upper part of the generator, and a first cooling pipe disposed in the lubricating oil of a lower bearing provided at the lower part of the generator. It is preferable that the cooling pipe is configured by a second cooling pipe provided in the water wheel, and a third cooling pipe disposed in the lubricating oil of the water wheel bearing provided at the upper part of the water turbine.

ここで、前記第1冷却配管、前記第2冷却配管、及び前記第3冷却配管は、前記圧縮機および前記放熱装置に対して並列的に接続された並設通路上に設けられ、前記並設通路のそれぞれには、冷媒流量を調節する流量調整弁を設けるとよい。
このような構成においては、水車発電機の上部軸受、下部軸受、及び水車軸受のそれぞれに供給する潤滑油を冷却するための冷却配管(第1冷却配管、第2冷却配管、第3冷却配管)に供給する冷媒量を、並設通路の管径を調節することによって大まかに調節することができ、また、それぞれの並設通路に設けられた流量調整弁によって各冷却配管に供給する冷媒量を微調整することが可能となり、それぞれの軸受に応じて必要となる冷却能力が得られるように調整することが可能となる。
Here, the first cooling pipe, the second cooling pipe, and the third cooling pipe are provided on parallel passages connected in parallel to the compressor and the heat radiating device, and Each of the passages may be provided with a flow rate regulating valve that regulates the flow rate of the refrigerant.
In such a configuration, cooling pipes (first cooling pipe, second cooling pipe, third cooling pipe) for cooling lubricating oil supplied to each of the upper bearing, lower bearing, and water turbine bearing of the water turbine generator are used. The amount of refrigerant supplied to each cooling pipe can be roughly adjusted by adjusting the pipe diameter of the parallel passages, and the amount of refrigerant supplied to each cooling pipe can be adjusted by adjusting the flow rate adjustment valve provided in each parallel passage. Fine adjustments can be made, and adjustments can be made to obtain the cooling capacity required for each bearing.

また、前記圧力調整弁は、前記冷媒循環サイクルの前記膨張機の下流側で各並設通路に冷媒を分流させる部位より上流側に配設されるようにしても、それぞれの前記並設通路上に配設されるようにしてもよい。
前者の構成によれば、冷却配管に供給される冷媒の圧力は、共通の圧力調整弁により一括管理されるが、後者の構成によれば、冷却配管毎に調節可能となる。
Further, even if the pressure regulating valve is disposed on the downstream side of the expander in the refrigerant circulation cycle and upstream of a portion where the refrigerant is divided into the parallel passages, It may be arranged such that the
According to the former configuration, the pressure of the refrigerant supplied to the cooling pipes is collectively managed by a common pressure regulating valve, but according to the latter configuration, it can be adjusted for each cooling pipe.

ここで、気体冷媒を充填するための冷媒充填弁は、冷媒循環サイクルの前記圧力調整弁の下流側に設けるようにするとよい。
このように冷媒充填弁を圧力調整弁の下流側とすることで、圧力調整弁の下流側の低圧ラインにおいて冷媒を充填することが可能となるので、充填がし易くなり、また、安全に作業を行うことが可能となる。
Here, a refrigerant filling valve for charging the gas refrigerant is preferably provided downstream of the pressure regulating valve in the refrigerant circulation cycle.
By placing the refrigerant filling valve on the downstream side of the pressure regulating valve in this way, it is possible to fill the refrigerant in the low pressure line downstream of the pressure regulating valve, making it easier to fill and work safely. It becomes possible to do this.

さらに、前記発電機として、回転軸に固定された回転子と、この回転子の周囲に設けられた固定子と、この固定子の周囲に設けられ、前記回転子及び前記固定子を循環する空気を冷却する空気冷却器とを備える場合に、圧力調整弁で圧力調整された冷媒を空気冷却器にも循環されるようにしてもよい。
空気冷却器は、潤滑油中に設けられるわけではないので、液冷媒(水)を供給しても前述したような不都合は生じない。このため、空気冷却器には液冷媒を供給するようにしてもよいが、ヒートポンプサイクルとは別に空気冷却器に液冷媒を供給する経路を個別に設ける場合には、構造が複雑になる不都合がある。そこで、空気冷却器にもヒートポンプサイクルの気体冷媒(乾燥空気)を循環させる構成とすることで、構造の簡素化を図ることが可能となる。
Furthermore, the generator includes a rotor fixed to a rotating shaft, a stator provided around the rotor, and air provided around the stator and circulating through the rotor and the stator. In the case where the refrigerant is provided with an air cooler for cooling the air cooler, the refrigerant whose pressure is regulated by a pressure regulating valve may also be circulated to the air cooler.
Since the air cooler is not installed in lubricating oil, the above-mentioned disadvantages do not occur even if liquid refrigerant (water) is supplied. For this reason, liquid refrigerant may be supplied to the air cooler, but if a separate path for supplying liquid refrigerant to the air cooler is provided separately from the heat pump cycle, the structure becomes complicated. be. Therefore, by configuring the air cooler to circulate the gas refrigerant (dry air) of the heat pump cycle, it is possible to simplify the structure.

以上述べたように、本発明に係る発電設備の冷却装置によれば、摺動箇所を潤滑する潤滑油を冷却するために潤滑油中に配設された冷却配管に冷媒を循環させる冷媒循環サイクルを利用する場合において、冷媒を乾燥空気とし、ターボ型の膨張機一体型圧縮機を用いたヒートポンプサイクルを用いたので、膨張機より下流側の低圧ラインの圧力を十分に抑えつつ十分な冷却能力を確保することが可能となり、既存の設備を大きく変更せずにそのまま利用することが可能となる。また、冷媒として乾燥空気を用いているので、軸受油槽中の冷却配管にピンホールが発生した場合でも、軽微であれば運転を継続させても環境や設備に支障が生じることはなく、修理に伴う予想外のコストの発生をできるだけ抑えることが可能となる。 As described above, according to the cooling device for power generation equipment according to the present invention, there is a refrigerant circulation cycle in which the refrigerant is circulated through the cooling pipes arranged in the lubricating oil in order to cool the lubricating oil that lubricates the sliding parts. When using a heat pump cycle using dry air as the refrigerant and a turbo-type expander-integrated compressor, the pressure in the low-pressure line downstream of the expander can be sufficiently suppressed and sufficient cooling capacity can be achieved. This makes it possible to use existing equipment as is without major changes. In addition, since dry air is used as the refrigerant, even if a pinhole occurs in the cooling piping in the bearing oil tank, if it is minor, it will not cause any trouble to the environment or equipment, even if the operation continues. This makes it possible to suppress the occurrence of unexpected costs as much as possible.

すなわち、軸受油槽の潤滑油中に配設される冷却配管にピンホールが発生した場合においても、冷媒は乾燥空気を用いて所望の圧力に調節可能であるので、潤滑油が冷却配管に浸入する不都合を回避することが可能となる。 In other words, even if a pinhole occurs in the cooling pipe installed in the lubricating oil in the bearing oil tank, the refrigerant can be adjusted to the desired pressure using dry air, so the lubricating oil will not enter the cooling pipe. This makes it possible to avoid inconveniences.

また、冷媒として乾燥空気を用いているので、冷媒循環サイクル内の冷媒がピンホールを介して潤滑油中に漏れ出した場合でも、潤滑油に混ざり合うことなく大気中に放出されるだけであるので、潤滑油を劣化させたり、潤滑油に冷媒が混在して潤滑性能を低下させたりする等の不都合を回避することが可能となる。 Additionally, since dry air is used as the refrigerant, even if the refrigerant in the refrigerant circulation cycle leaks into the lubricating oil through a pinhole, it will simply be released into the atmosphere without mixing with the lubricating oil. Therefore, it is possible to avoid inconveniences such as deterioration of the lubricating oil or deterioration of lubrication performance due to the presence of refrigerant in the lubricating oil.

図1は、発電設備が水車発電機である場合の冷却装置を示す全体構成図であり、冷媒循環サイクルの圧力調整弁を並設通路の分岐部より上流側に配置した例を示す。FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a cooling device when the power generating equipment is a water turbine generator, and shows an example in which a pressure regulating valve of a refrigerant circulation cycle is arranged upstream from a branch part of a parallel passage. 図2は、本発明に係る水車発電機の各軸受と軸受油槽に収容された冷却配管の構成例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of each bearing of the water turbine generator according to the present invention and a cooling pipe accommodated in a bearing oil tank. 図3は、制御部による充填冷媒の減少を通知する動作例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the operation of notifying a decrease in the amount of refrigerant charged by the control unit. 図4は、発電設備が水車発電機である場合の冷却装置を示す全体構成図であり、冷媒循環サイクルの圧力調整弁を各並設通路上に配置した例を示す。FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a cooling device when the power generating equipment is a water turbine generator, and shows an example in which pressure regulating valves for the refrigerant circulation cycle are arranged on each parallel passage. 図5は、発電設備が水車発電機である場合の冷却装置を示す全体構成図であり、発電機の空気冷却器にも圧力調整弁によって圧力調整された冷媒を供給する例を示す図である。FIG. 5 is an overall configuration diagram showing a cooling device when the power generating equipment is a water turbine generator, and is a diagram showing an example in which refrigerant whose pressure is regulated by a pressure regulating valve is also supplied to the air cooler of the generator. .

以下、本発明に係る実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
図1において、発電設備として水力発電設備の例が示されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 1, an example of hydroelectric power generation equipment is shown as the power generation equipment.

水力発電設備1は、水車2と、送水管としての水圧鉄管3と、水圧鉄管3に設けられ、水車2に導く水を開閉する入口弁4と、水車直下に設けられた吸出し管5と、水車2の上方に配置された発電機10と、水車2から発電機10にかけて設けられた水車発電機主軸6と、この水車発電機主軸6を支持する各種軸受(上部軸受20、下部軸受30、水車軸受40)と、発電機10に設けられた空気冷却器15と、冷媒循環サイクル50と、を有して構成されている。 The hydroelectric power generation facility 1 includes a water turbine 2, a penstock 3 as a water pipe, an inlet valve 4 provided on the penstock 3 to open and close water guided to the water turbine 2, and a suction pipe 5 provided directly below the water turbine. A generator 10 placed above the water turbine 2, a water turbine generator main shaft 6 provided from the water turbine 2 to the generator 10, and various bearings (upper bearing 20, lower bearing 30, It is configured to include a water wheel bearing 40), an air cooler 15 provided in the generator 10, and a refrigerant circulation cycle 50.

水圧鉄管3は、貯水池から落差を利用して水車2に水を導く送水管であり、水車2に接続されて貯水池からの水を前記入口弁4を介して供給するようになっている。水車2は、水圧鉄管3を介して流入される流水が通過するときの反動で回転するようになっている。そして、水車2を通過した水は、吸出し管5を介して放水路に放流される。 The penstock 3 is a water pipe that guides water from the reservoir to the water wheel 2 using a head difference, and is connected to the water wheel 2 to supply water from the reservoir via the inlet valve 4. The water wheel 2 is configured to rotate due to the reaction when flowing water flows through the penstock 3. The water that has passed through the water turbine 2 is discharged into the waterway through the suction pipe 5.

発電機10は、水車発電機主軸6に接続された回転子11と、この回転子11の周囲に設けられた固定子12と、回転子11に設けられて該回転子11と一体をなして回転する冷却ファン13と、固定子の周囲に設けられた空気冷却器15とを有して構成されている。回転子11の回転により、固定子12のコイルに起電力を発生させると共に、冷却ファン13を回転させて発電機周囲の空気を回転子11、固定子12、及び空気冷却器15を通過させて循環させるようにしている。
発電機10の回転子11と水車2は、水車発電機主軸6により同軸上に固定されている。
The generator 10 includes a rotor 11 connected to the main shaft 6 of the water turbine generator, a stator 12 provided around the rotor 11, and a stator 12 provided on the rotor 11 and integrated with the rotor 11. It includes a rotating cooling fan 13 and an air cooler 15 provided around a stator. The rotation of the rotor 11 generates an electromotive force in the coil of the stator 12, and also rotates the cooling fan 13 to cause the air around the generator to pass through the rotor 11, stator 12, and air cooler 15. I try to circulate it.
The rotor 11 of the generator 10 and the water turbine 2 are coaxially fixed by a water turbine generator main shaft 6.

水車発電機主軸6は、図2にも示されるように、発電機10の上方において該発電機10や水車2を吊下げるように支持するスラスト軸受としての上部軸受20と、発電機10の下方において支持するラジアル軸受としての下部軸受30と、下部軸受30より下方であって水車2の上方に設けられたラジアル軸受としての水車軸受40とにより回転自在に支持されている。 As shown in FIG. 2, the water turbine generator main shaft 6 includes an upper bearing 20 as a thrust bearing that suspends the generator 10 and the water turbine 2 above the generator 10, and an upper bearing 20 below the generator 10. The water turbine 2 is rotatably supported by a lower bearing 30 as a radial bearing supported at the lower bearing 30 and a water turbine bearing 40 as a radial bearing provided below the lower bearing 30 and above the water turbine 2 .

上部軸受20、下部軸受30、及び水車軸受40は、それぞれに対応する軸受油槽(上部軸受油槽21、下部軸受油槽31、水車軸受油槽41)が周囲に設けられている。それぞれの軸受油槽21,31,41には潤滑油が貯留されており、この潤滑油が上部軸受20、下部軸受30、及び水車軸受40に常時供給されるようになっている。 The upper bearing 20, the lower bearing 30, and the water wheel bearing 40 are provided with corresponding bearing oil tanks (upper bearing oil tank 21, lower bearing oil tank 31, and water wheel bearing oil tank 41) around the respective bearing oil tanks. Lubricating oil is stored in each of the bearing oil tanks 21, 31, and 41, and this lubricating oil is constantly supplied to the upper bearing 20, the lower bearing 30, and the water wheel bearing 40.

それぞれの軸受油槽21,31,41には、水車発電機主軸6の回転による上部軸受20、下部軸受30、及び水車軸受40との間の摩擦熱によって潤滑油の温度が上昇するのを抑制するための冷却配管(第1の冷却配管22、第2の冷却配管32、第3の冷却配管42)が配設されている。これら冷却配管22,32,42は、軸受油槽21,31,41の全周に亘って潤滑油中に浸された状態で設けられ、例えば、多数の管路を上下方向及び径方向に並設して構成されている。 Each of the bearing oil tanks 21, 31, and 41 has a lubricating oil that suppresses the temperature of the lubricating oil from rising due to frictional heat between the upper bearing 20, the lower bearing 30, and the water turbine bearing 40 due to the rotation of the water turbine generator main shaft 6. Cooling pipes (first cooling pipe 22, second cooling pipe 32, and third cooling pipe 42) are provided for this purpose. These cooling pipes 22, 32, 42 are provided so as to be immersed in lubricating oil over the entire circumference of the bearing oil tanks 21, 31, 41. For example, a large number of pipes are arranged in parallel in the vertical direction and in the radial direction. It is configured as follows.

発電機10に設けられる空気冷却器15は、発電機10の固定子12の周囲に間隔を空けて複数設けられ、冷却ファン13の回転により回転子11および固定子12を通過させて循環させる空気を冷却するようになっている。 A plurality of air coolers 15 provided in the generator 10 are provided at intervals around the stator 12 of the generator 10, and air is circulated through the rotor 11 and the stator 12 by rotation of the cooling fan 13. It is supposed to cool down.

冷媒循環サイクル50は、冷媒として乾燥空気を用いたヒートポンプサイクルであり、前記上部軸受油槽21に配設される第1の冷却配管22、下部軸受油槽31に配設けされる第2の冷却配管32、水車軸受油槽41に配設される第3の冷却配管42に冷媒を循環させることで各軸受油槽の潤滑油を冷却するようにしている。 The refrigerant circulation cycle 50 is a heat pump cycle using dry air as a refrigerant, and includes a first cooling pipe 22 arranged in the upper bearing oil tank 21 and a second cooling pipe 32 arranged in the lower bearing oil tank 31. The lubricating oil in each bearing oil tank is cooled by circulating a refrigerant through a third cooling pipe 42 disposed in the water turbine bearing oil tank 41.

冷媒循環サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機51aと、圧縮された冷媒を水圧鉄管3を流れる水と熱交換して放熱させる放熱装置52と、放熱装置52で放熱された冷媒を減圧膨張させる膨張機51bと、この膨張機51bで減圧膨張された冷媒を所定の圧力範囲に調節する圧力調整弁53と、この圧力調整弁53で圧力調整された冷媒を各軸受油槽21,31,41に貯留された潤滑油と熱交換させる前記冷却配管22,32,42と、冷却配管の下流側に設けられた逆流防止弁54と、を少なくともこの順で配管接続して構成されている。 The refrigerant circulation cycle includes a compressor 51a that compresses the refrigerant, a heat radiator 52 that radiates heat by exchanging the compressed refrigerant with water flowing through the penstock 3, and an expansion that decompresses and expands the refrigerant radiated by the heat radiator 52. a pressure regulating valve 53 that adjusts the refrigerant depressurized and expanded by the expander 51b to a predetermined pressure range, and the refrigerant whose pressure has been adjusted by the pressure regulating valve 53 is stored in each bearing oil tank 21, 31, 41. The cooling pipes 22, 32, and 42, which exchange heat with the lubricating oil, and the backflow prevention valve 54 provided on the downstream side of the cooling pipes are connected at least in this order.

圧縮機51aは、膨張機51bを同軸上に連結して一体化させた膨張機一体型圧縮機51であり、例えば、特開2015-94259号公報に示されるように、それ自体周知のものである。この膨張機一体型圧縮機51は、モータ51cと、モータ51cの出力軸の一端側に接続され、モータ51cによって駆動されて冷媒を圧縮する圧縮機51aと、モータ51cの出力軸の他端側に接続され、冷媒を膨張させてその際に発生する膨張エネルギーを出力軸の動力として回収する膨張機51bと、を有して構成されている。この膨張機一体型圧縮機51の圧縮機51aの吐出口は放熱装置52の流入部に接続されている。 The compressor 51a is an expander-integrated compressor 51 in which an expander 51b is coaxially connected and integrated, and is well known in itself, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-94259. be. The expander-compressor 51 includes a motor 51c, a compressor 51a connected to one end of the output shaft of the motor 51c, and driven by the motor 51c to compress refrigerant, and a compressor 51a connected to the other end of the output shaft of the motor 51c. The expander 51b is connected to the refrigerant and expands the refrigerant and recovers the expansion energy generated at that time as power for the output shaft. The discharge port of the compressor 51 a of the expander-compressor 51 is connected to the inlet of the heat radiating device 52 .

放熱装置52は、水圧鉄管3の表面に沿うように配管を接触固定させたもので、その形態については各種構成を採用することが可能であり、特開2015-180151号に示された構成を採用するとよい。そして、放熱装置52の流出部は、膨張機一体型圧縮機51の膨張機51bの流入部に接続され、放熱装置52で冷却された低温高圧の冷媒が膨張機51bに供給されて減圧膨張される。 The heat dissipation device 52 is made by contacting and fixing piping along the surface of the penstock 3, and various configurations can be adopted for its form. It is recommended to adopt it. The outflow section of the heat radiating device 52 is connected to the inflow section of the expander 51b of the expander-integrated compressor 51, and the low-temperature, high-pressure refrigerant cooled by the heat radiating device 52 is supplied to the expander 51b, where it is decompressed and expanded. Ru.

膨張機51bで減圧膨張された冷媒は、圧力調整弁53に供給され、ここで、冷却配管22,32,42に供給される冷媒を予め決められた所定の圧力になるように設定する。この例では、既存の冷却配管を流用するため、冷媒圧力(P)を冷却配管の耐久性等を考慮して1.5[kgf/cm2](0.147[MPa])以下となるように設定し、また、冷却配管22,32,42にピンホールが形成されても、軸受油槽の潤滑油が配管内に流入しないように1.0[kgf/cm2](0.098[MPa])以下とならないように設定する(1.0[kgf/cm2]≦P≦1.5[kgf/cm2])(0.098[MPa]≦P≦0.147[MPa])。 The refrigerant expanded under reduced pressure by the expander 51b is supplied to the pressure regulating valve 53, where the refrigerant supplied to the cooling pipes 22, 32, and 42 is set to a predetermined pressure. In this example, since the existing cooling piping is used, the refrigerant pressure (P L ) will be 1.5 [kgf/cm 2 ] (0.147 [MPa]) or less, taking into consideration the durability of the cooling piping, etc. Also, even if a pinhole is formed in the cooling piping 22, 32, 42, the lubricating oil in the bearing oil tank will not flow into the piping at 1.0 [kgf/cm 2 ] (0.098 [ (1.0 [kgf/cm 2 ]≦ PL ≦1.5 [kgf/cm 2 ]) (0.098 [MPa]≦ PL ≦0.147 [MPa] ]).

圧力調整弁53の流出側は、往路用主管100が接続され、この往路用主管100の途中に冷媒を充填するための冷媒充填弁55が配置されている。 An outgoing main pipe 100 is connected to the outflow side of the pressure regulating valve 53, and a refrigerant filling valve 55 for filling refrigerant is disposed in the middle of this outgoing main pipe 100.

往路用主管100の冷媒充填弁55の下流側は、分岐部Aによって上流側分岐管101aと上流側分岐管102aとに分岐し、上流側分岐管101aは上部軸受油槽12に収容された冷却配管22に接続され、上流側分岐管102aは、下部軸受油槽31に収容された冷却配管32に接続されている。また、往路用主管100の冷媒充填弁55の下流側は、分岐部Bによって上流側分岐管103aが分岐され、この上流側分岐管103aは、水車軸受油槽41に収容された冷却配管42に接続されている。 The downstream side of the refrigerant filling valve 55 of the outbound main pipe 100 is branched into an upstream branch pipe 101a and an upstream branch pipe 102a by a branch part A, and the upstream branch pipe 101a is a cooling pipe accommodated in the upper bearing oil tank 12. 22, and the upstream branch pipe 102a is connected to a cooling pipe 32 housed in a lower bearing oil tank 31. Further, on the downstream side of the refrigerant filling valve 55 of the outgoing main pipe 100, an upstream branch pipe 103a is branched by a branch part B, and this upstream branch pipe 103a is connected to a cooling pipe 42 housed in a water turbine bearing oil tank 41. has been done.

そして、第1の冷却配管22の出口側は下流側分岐管101bに接続され、第2の冷却配管32の出口側は下流側分岐管102bに接続され、第3の冷却配管42の出口側は下流側分岐管103bに接続され、これら下流側分岐管101b,102b,103bは合流部C,Dにて合流されて復路用主管104を介して圧縮機51aの吸入口に接続されている。
前記逆流防止弁54は、復路用主管104の合流部Dより下流側に配設されて、膨張機一体型圧縮機51が停止した際に、圧縮機51aから逆流する高圧冷媒が各冷却配管22,32,42へ逆流することを阻止するようにしている。
The outlet side of the first cooling pipe 22 is connected to the downstream branch pipe 101b, the outlet side of the second cooling pipe 32 is connected to the downstream branch pipe 102b, and the outlet side of the third cooling pipe 42 is connected to the downstream branch pipe 101b. These downstream branch pipes 101b, 102b, and 103b are joined at merging portions C and D, and connected to the suction port of the compressor 51a via the return main pipe 104.
The check valve 54 is disposed downstream of the confluence D of the return main pipe 104, so that when the expander-integrated compressor 51 stops, the high-pressure refrigerant flowing back from the compressor 51a flows through each cooling pipe 22. , 32, and 42.

前記上流側分岐管101aと下流側分岐管101bによって第1冷却配管22が配置された並設通路101が構成され、上流側分岐管102aと下流側分岐管102bによって第2冷却配管32が配置された並設通路102が構成され、上流側分岐管103aと下流側分岐管103bによって第3冷却配管42が配置された並設通路103が構成され、これら並設通路101,102,103は、膨張機一体型圧縮機51および放熱装置52、さらにこの例では、圧力調整弁53、逆流防止弁54、及び冷媒充填弁55に対して並列的に接続されている。 The upstream branch pipe 101a and the downstream branch pipe 101b constitute a parallel passage 101 in which the first cooling pipe 22 is disposed, and the upstream branch pipe 102a and the downstream branch pipe 102b constitute the second cooling pipe 32. The upstream branch pipe 103a and the downstream branch pipe 103b constitute a parallel passage 103 in which the third cooling pipe 42 is arranged. The integrated compressor 51 and the heat dissipation device 52 are connected in parallel to a pressure regulating valve 53, a check valve 54, and a refrigerant filling valve 55 in this example.

したがって、圧縮機51aで圧縮された高温高圧の冷媒は、放熱装置52で水圧鉄管3内を流れる水と熱交換して冷却されて低温高圧の冷媒となり、膨張機51bで膨張された後に圧力調整弁53で所望の圧力の低温冷媒となり、各冷却配管22,32,42で各軸受油槽21,31,41の潤滑油との間で熱交換して吸熱することで高温低圧の冷媒となり、逆流防防止弁54を介して圧縮機51aに戻されることになる。 Therefore, the high-temperature, high-pressure refrigerant compressed by the compressor 51a is cooled by exchanging heat with the water flowing in the penstock 3 in the heat dissipation device 52 to become a low-temperature, high-pressure refrigerant, and after being expanded in the expander 51b, the pressure is adjusted. It becomes a low-temperature refrigerant at the desired pressure in the valve 53, and by exchanging heat with the lubricating oil in each bearing oil tank 21, 31, 41 in each cooling pipe 22, 32, 42 and absorbing heat, it becomes a high-temperature, low-pressure refrigerant, and reverse flow occurs. It is returned to the compressor 51a via the prevention valve 54.

なお、空気冷却器15は、その配管表面にピンホールが形成された場合でも、油中に放出されるわけではないので、従来と同様、例えば、吸出し管5の出口(放水路)から取水ポンプ56などで取水した水を供給し、空気冷却器15を通過した空気と熱交換した水を吸出し管5の出口(放水路)へ放水するようにしてもよい。 Note that even if a pinhole is formed on the air cooler 15's piping surface, the oil will not be released into the oil. 56 or the like, and the water that has exchanged heat with the air that has passed through the air cooler 15 may be discharged to the outlet (discharge channel) of the suction pipe 5.

以上の冷媒循環サイクル50において、圧縮機51aの吐出口または圧縮機51aと放熱装置52との間の配管には、高温高圧冷媒の圧力を検出する圧力センサP1が設けられ、放熱装置52と膨張機51bとの間の配管には、低温高圧冷媒の圧力を検出する圧力センサP2が設けられ、圧力調整弁53の下流側の往路用主管100には、低温低圧冷媒の圧力を検出する圧力センサP3が設けられ、圧縮機51aの吸入口または各冷却配管の下流側となる復路用主管104には、高温低圧冷媒の圧力を検出する圧力センサP4が設けられている。 In the refrigerant circulation cycle 50 described above, a pressure sensor P1 that detects the pressure of the high-temperature and high-pressure refrigerant is provided at the discharge port of the compressor 51a or in the piping between the compressor 51a and the heat radiator 52, and the pressure sensor P1 detects the pressure of the high temperature and high pressure refrigerant. A pressure sensor P2 that detects the pressure of the low-temperature high-pressure refrigerant is installed in the piping between the machine 51b and the outgoing main pipe 100 on the downstream side of the pressure regulating valve 53. P3 is provided, and a pressure sensor P4 for detecting the pressure of the high temperature and low pressure refrigerant is provided in the return path main pipe 104 that is downstream of the suction port of the compressor 51a or each cooling pipe.

また、上部軸受油槽21には、上部軸受20の温度、又は、上部軸受油槽21の潤滑油の温度を検出する温度センサT1が設けられ、下部軸受油槽31には、下部軸受30の温度、又は、下部軸受油槽31の潤滑油の温度を検出する温度センサT2が設けられ、水車軸受油槽41には、水車軸受40の温度、又は、水車軸受油槽41の潤滑油の温度を検出する温度センサT3が設けられている。 Further, the upper bearing oil tank 21 is provided with a temperature sensor T1 that detects the temperature of the upper bearing 20 or the temperature of the lubricating oil in the upper bearing oil tank 21, and the lower bearing oil tank 31 is provided with a temperature sensor T1 that detects the temperature of the upper bearing 20 or the temperature of the lubricating oil in the upper bearing oil tank 21. , a temperature sensor T2 that detects the temperature of the lubricating oil in the lower bearing oil tank 31 is provided, and a temperature sensor T3 that detects the temperature of the water turbine bearing 40 or the temperature of the lubricating oil in the water turbine bearing oil tank 41 is provided in the water turbine bearing oil tank 41. is provided.

これら圧力センサ(P1~P4)と温度センサ(T1~T3)は、制御部60に接続され、各センサで検知された圧力データ及び温度データは、制御部60に取り込まれ、適宜処理されて冷媒を補充するための目安や、圧力調整弁53の圧力調節を行うための目安等に利用される。 These pressure sensors (P1 to P4) and temperature sensors (T1 to T3) are connected to the control unit 60, and the pressure data and temperature data detected by each sensor are taken into the control unit 60, processed as appropriate, and It is used as a guide for replenishing water, a guide for adjusting the pressure of the pressure regulating valve 53, etc.

以上の構成において、潤滑油を冷却するために各軸受油槽21,31,41に収容された冷却配管22,32,42が長年の使用により肉薄となり、配管表面にピンホールが発生した場合を想定すると、冷却配管22,32,42を循環する冷媒は、乾燥空気であり、圧力調整弁53により減圧されているとはいえ、大気圧以上に加圧された状態となっており、膨張機一体型圧縮機51を停止させても加圧された状態は維持されるので、ピンホールから冷媒(空気)が潤滑油中に漏れ出すことはあっても、冷却配管内に潤滑油が侵入することは無い。このため、圧縮機51aが液圧縮したり、油量減少によって潤滑性能が低下したりする不都合は生じない。 In the above configuration, it is assumed that the cooling pipes 22, 32, 42 housed in each bearing oil tank 21, 31, 41 to cool the lubricating oil become thin due to long-term use, and pinholes occur on the pipe surface. Then, the refrigerant circulating in the cooling pipes 22, 32, and 42 is dry air, and although the pressure is reduced by the pressure regulating valve 53, it is pressurized above atmospheric pressure, and the expander Even if the compressor 51 is stopped, the pressurized state is maintained, so although refrigerant (air) may leak into the lubricant from the pinhole, the lubricant will not enter the cooling piping. There is no. Therefore, there is no problem that the compressor 51a compresses the liquid or that the lubrication performance deteriorates due to a decrease in the amount of oil.

また、ピンホールを介して冷媒が軸受油槽中の潤滑油に流出しても、冷媒は乾燥空気を用いているので、油中に留まることなく油面から大気中に放出されるだけであり、潤滑油面が上昇して異常検知される不都合はなく、また、潤滑油を劣化させたり潤滑油中に混在して潤滑性能を低下させたりする不都合はない。このため、ピンホールが形成された場合に直ちに冷媒循環サイクルを停止させなければならない事態は生じない。
冷媒漏れによりサイクル内の冷媒量が減少する可能性はあるが、サイクル各所の冷媒圧力や軸受等の温度の変化をみることで、サイクル内の冷媒量の減少を把握することが可能であり、潤滑油の冷却能力に支障がない程度であれば冷却装置を敢えて停止させる必要はなく、したがって、修理に伴う予想外のコストの発生を抑えることが可能となる。
Furthermore, even if the refrigerant leaks into the lubricating oil in the bearing oil tank through a pinhole, since dry air is used for the refrigerant, it will not remain in the oil and will simply be released from the oil surface into the atmosphere. There is no inconvenience that the lubricating oil level rises and an abnormality is detected, and there is no inconvenience that the lubricating oil deteriorates or is mixed in the lubricating oil and deteriorates the lubricating performance. Therefore, there is no need to immediately stop the refrigerant circulation cycle when a pinhole is formed.
Although there is a possibility that the amount of refrigerant in the cycle will decrease due to a refrigerant leak, it is possible to understand the decrease in the amount of refrigerant in the cycle by looking at changes in the refrigerant pressure in various parts of the cycle and the temperature of bearings, etc. There is no need to intentionally stop the cooling device as long as the cooling ability of the lubricating oil is not affected, and it is therefore possible to suppress unexpected costs associated with repairs.

作業者は、定期巡視時に、冷媒循環サイクルの高温高圧側、低温高圧側、低温低圧側、高温低圧側のそれぞれの冷媒圧力を測定して経過監視すると共に、各軸受等の温度を測定して経過監視することで、サイクル内の冷媒圧力の低下傾向が認められ、また、軸受温度の上昇傾向が認められた場合に、冷媒が減少していると考えられるため、冷媒充填弁55を介して冷媒を補充する。
この際、冷媒充填弁55は、圧力調整弁53の下流側の低圧経路上に設けられているので、充填作業がし易く、また、安全に充填することが可能となる。
During regular patrols, workers measure and monitor the refrigerant pressure on the high temperature high pressure side, low temperature high pressure side, low temperature low pressure side, and high temperature low pressure side of the refrigerant circulation cycle, and also measure the temperature of each bearing, etc. By monitoring the progress, if there is a tendency for the refrigerant pressure in the cycle to decrease and a tendency for the bearing temperature to increase, it is considered that the refrigerant is decreasing, so the refrigerant is Refill refrigerant.
At this time, since the refrigerant filling valve 55 is provided on the low-pressure path downstream of the pressure regulating valve 53, the refrigerant filling operation can be easily performed and the refrigerant can be filled safely.

なお、上述した冷却システムにおいて、ある程度自動化することも可能である。例えば、制御部60において、例えば、図3に示されるように、圧力センサP1~P4から取り込んだ圧力データ、及び、温度センサT1~T3から取り込んだ温度データに基づき(ステップ210)、サイクル各所の冷媒圧力が減少傾向にあるか、また、各軸受又は軸受油槽の潤滑油の温度が上昇傾向にあるかを判定し(ステップ220,230)、サイクル各所の圧力が減少傾向にあり、且つ、各軸受又は軸受油槽の潤滑油の温度が上昇傾向にあると判定された場合には、サイクル内の冷媒が補充を必要とする程度に減少していると判定し、通知するとよい(制御モニターに警告表示したり、アラーム音を発生させたりするとよい:ステップ240)。 In addition, in the cooling system mentioned above, it is also possible to automate to some extent. For example, in the control unit 60, as shown in FIG. 3, based on the pressure data taken in from the pressure sensors P1 to P4 and the temperature data taken in from the temperature sensors T1 to T3 (step 210), various parts of the cycle are controlled. It is determined whether the refrigerant pressure is decreasing and the temperature of the lubricating oil in each bearing or bearing oil tank is increasing (steps 220, 230). If it is determined that the temperature of the bearing or the lubricating oil in the bearing oil tank is on the rise, it may be determined that the refrigerant in the cycle has decreased to the extent that it requires replenishment, and a notification may be sent (a warning will be displayed on the control monitor). The information may be displayed or an alarm may be sounded: step 240).

なお、各冷却配管への冷媒量の調整は、予め並設通路(分岐管)の管径を調節することで決められており、特に発熱量が多い上部軸受20(スラスト軸受)に対応する冷却配管22に供給する冷媒を多くするよう、並設通路101の管径を他の並設通路102.103より大きくするように設定されているが、各並設通路に流量調整弁101c,102c,103cを設け(図中、破線で示す)、この流量調整弁101c,102c,103cによって各冷却配管22,32,42に流れる冷媒の流量を微調整するようにしてもよい。 Note that the amount of refrigerant to each cooling pipe is determined in advance by adjusting the pipe diameter of the parallel passage (branch pipe), and the amount of refrigerant is determined in advance by adjusting the pipe diameter of the parallel passage (branch pipe). In order to increase the amount of refrigerant supplied to the pipe 22, the pipe diameter of the parallel passage 101 is set to be larger than the other parallel passages 102 and 103, but each parallel passage has flow rate regulating valves 101c, 102c, 103c may be provided (indicated by a broken line in the figure), and the flow rate of the refrigerant flowing into each cooling pipe 22, 32, 42 may be finely adjusted by the flow rate adjustment valves 101c, 102c, and 103c.

また、冷却配管22,32,42に供給する冷媒の圧力調節は、水車発電機1に冷媒循環サイクル50を組み付ける際に予め調整されるが、圧力調整弁53の下流側の冷媒圧力をモニタリングし(前記P3をモニタリングし)、所定の圧力範囲(1.0[kgf/cm2]≦P≦1.5[kgf/cm2])(0.098[MPa]≦P≦0.147[MPa])となるように圧力調整弁53の開度を自動調節することも可能である。 Further, the pressure of the refrigerant supplied to the cooling pipes 22, 32, and 42 is adjusted in advance when the refrigerant circulation cycle 50 is assembled to the water turbine generator 1, but the refrigerant pressure downstream of the pressure regulating valve 53 is monitored. (by monitoring P3), within a predetermined pressure range (1.0 [kgf/cm 2 ]≦P L ≦1.5 [kgf/cm 2 ]) (0.098 [MPa]≦P L ≦0.147 [MPa]) It is also possible to automatically adjust the opening degree of the pressure regulating valve 53.

以上の構成においては、圧力調整弁53を往路用主管100に設け、圧力調整弁で圧力が調整された冷媒を各並設通路101,102,103に供給するものであったが、このような構成においては、各並設通路に供給される冷媒の圧力および温度はどの並設通路でも同じとなるので、各軸受で発生する熱量のばらつきは冷却配管22,32,42に供給する冷媒量の調節で対応することになる。すなわち、並設通路(分岐管)の管径を予め調節するか、各並設通路に流量調整弁101c,102c,103cを設けて各並設通路の流量調整を行うことになる。このため、各冷却配管に供給する冷媒の圧力や温度を個別に調整することができない分、制御範囲が限られるものであった。 In the above configuration, the pressure regulating valve 53 is provided in the outgoing main pipe 100, and the refrigerant whose pressure is regulated by the pressure regulating valve is supplied to each of the parallel passages 101, 102, 103. In this configuration, the pressure and temperature of the refrigerant supplied to each parallel passage are the same in any parallel passage, so the variation in the amount of heat generated in each bearing is due to the amount of refrigerant supplied to the cooling pipes 22, 32, 42. This will be dealt with by adjustment. That is, the pipe diameters of the parallel passages (branch pipes) are adjusted in advance, or the flow rate adjustment valves 101c, 102c, and 103c are provided in each parallel passage to adjust the flow rate of each parallel passage. Therefore, the control range is limited because the pressure and temperature of the refrigerant supplied to each cooling pipe cannot be individually adjusted.

そこで、図4に示されるように、並設通路毎に圧力調整弁53a,53b,53cを設け、並設通路毎に冷媒圧力を調節することで冷却能力を調節するようにしてもよい。このような構成においては、並設通路毎の冷却能力をそれぞれの圧力調整弁53a,53b,53cによって調節することが可能となるので、図1で示される構成よりもきめ細かな温度制御が可能になると共に制御範囲を広げることが可能となる。
なお、冷媒充填弁55は、いずれかの並設通路上の圧力調整弁より下流側に設けるとよい(図においては、並設通路103の圧力調整弁53cより下流側に設けられている)。
Therefore, as shown in FIG. 4, pressure regulating valves 53a, 53b, and 53c may be provided for each of the parallel passages, and the cooling capacity may be adjusted by adjusting the refrigerant pressure for each of the parallel passages. In such a configuration, it is possible to adjust the cooling capacity of each parallel passage using the respective pressure regulating valves 53a, 53b, and 53c, so that more fine-grained temperature control is possible than in the configuration shown in FIG. At the same time, it becomes possible to expand the control range.
Note that the refrigerant filling valve 55 is preferably provided on the downstream side of the pressure regulating valve on any of the parallel passages (in the figure, it is provided on the downstream side of the pressure regulating valve 53c of the parallel passage 103).

また、上述の構成においては、発電機10の空気冷却器15による空気の冷却を空気冷却器15に水を通流させて冷却するようにしたが、ヒートポンプサイクルを用いる本構成においては、図5に示されるように,冷媒循環サイクル50に空気冷却器15を配置した並設通路105を設け、気体冷媒を空気冷却器15に設けるようにしてもよい。すなわち、往路側主管路100に分岐部Eを介して上流側分岐管105aを接続し、この上流側分岐管105aを空気冷却器15の流入部に接続し、空気冷却器15の流出部に下流側分岐管105bを接続し、この下流側分岐管105bを合流部Fを介して復路用主管104に合流させ、上流側分岐管105aに設けられた圧力調整弁53dによって圧力調整された気体冷媒を空気冷却器15にも供給するようにしてもよい。
このような構成においては、空気冷却器15に水を供給するための設備が不要となり、同じヒートポンプサイクルを用いて発電機10の冷却用空気も冷却することが可能となるため、発電設備の冷却装置を簡素化することが可能となる。
Furthermore, in the above configuration, the air is cooled by the air cooler 15 of the generator 10 by passing water through the air cooler 15, but in this configuration using a heat pump cycle, as shown in FIG. As shown in FIG. 2, a parallel passage 105 in which the air cooler 15 is arranged may be provided in the refrigerant circulation cycle 50, and the gas refrigerant may be provided in the air cooler 15. That is, the upstream branch pipe 105a is connected to the outgoing main pipe 100 via the branch E, the upstream branch pipe 105a is connected to the inflow part of the air cooler 15, and the downstream pipe is connected to the outflow part of the air cooler 15. The side branch pipe 105b is connected, and this downstream side branch pipe 105b is merged into the return main pipe 104 via the merging part F, and the gas refrigerant whose pressure is adjusted by the pressure adjustment valve 53d provided in the upstream side branch pipe 105a is supplied. It may also be supplied to the air cooler 15.
In such a configuration, there is no need for equipment to supply water to the air cooler 15, and the cooling air for the generator 10 can also be cooled using the same heat pump cycle. It becomes possible to simplify the device.

なお、以上の例では、水力発電設備の軸受を潤滑する潤滑油を冷却するために、潤滑油中に配設された冷却配管に気体冷媒を供給する場合について説明したが、潤滑油中に配設された冷却配管に冷媒を循環させる他の冷却装置においても、同様の構成を採用することが可能である。 In addition, in the above example, a case was explained in which a gas refrigerant is supplied to cooling piping installed in the lubricating oil in order to cool the lubricating oil that lubricates the bearings of hydroelectric power generation equipment. A similar configuration can be adopted in other cooling devices that circulate refrigerant through provided cooling pipes.

1 水力発電設備
2 水車
6 水車発電機主軸
10 発電機
20 上部軸受
21 上部軸受油槽
22 第1の冷却配管
30 下部軸受
31 下部軸受油槽
32 第2の冷却配管
40 水車軸受
41 水車軸受油槽
42 第3の冷却配管
50 冷媒循環サイクル
51 膨張機一体型圧縮機
51a 圧縮機
51b 膨張機
52 放熱装置
53,53a,53b,53c,53d 圧力調整弁
54 逆流防止弁
55 冷媒充填弁
100 往路用主管
101,102,103,105 並設通路
104 復路用主管
1 Hydroelectric power generation equipment 2 Water turbine 6 Water turbine generator main shaft 10 Generator 20 Upper bearing 21 Upper bearing oil tank 22 First cooling pipe 30 Lower bearing 31 Lower bearing oil tank 32 Second cooling pipe 40 Water turbine bearing 41 Water turbine bearing oil tank 42 Third Cooling piping 50 Refrigerant circulation cycle 51 Expander-compressor integrated 51a Compressor 51b Expander 52 Heat dissipation device 53, 53a, 53b, 53c, 53d Pressure adjustment valve 54 Backflow prevention valve 55 Refrigerant filling valve 100 Outgoing main pipe 101, 102 , 103, 105 Parallel passage 104 Main pipe for return route

Claims (7)

発電設備の摺動箇所を潤滑する潤滑油を冷却するために潤滑油中に配設された冷却配管に冷媒を循環させる冷媒循環サイクルを備えた発電設備の冷却装置であって、
前記冷媒を乾燥空気とし、
前記冷媒循環サイクルは、前記冷媒を圧縮する圧縮機、及び、前記冷媒を膨張させる膨張機が同軸上に連結された膨張機一体型圧縮機を備え、
前記圧縮機と、この圧縮機で圧縮された冷媒を放熱する放熱装置と、前記放熱装置を通過した冷媒を膨張させる前記膨張機と、冷媒圧力を所定の圧力範囲に調節する圧力調整弁と、前記圧力調整弁で圧力調整された冷媒を供給する前記冷却配管と、前記冷却配管の下流側に設けられた逆流防止弁と、を少なくともこの順で配管接続して構成した
ことを特徴とする発電設備の冷却装置。
A cooling device for power generation equipment equipped with a refrigerant circulation cycle that circulates a refrigerant through cooling piping arranged in the lubricating oil in order to cool the lubricating oil that lubricates the sliding parts of the power generation equipment,
The refrigerant is dry air,
The refrigerant circulation cycle includes an expander-integrated compressor in which a compressor that compresses the refrigerant and an expander that expands the refrigerant are coaxially connected,
the compressor; a heat radiator that radiates heat from the refrigerant compressed by the compressor; an expander that expands the refrigerant that has passed through the heat radiator; and a pressure regulating valve that adjusts the refrigerant pressure to a predetermined pressure range. A power generation device characterized in that the cooling piping that supplies the refrigerant whose pressure has been adjusted by the pressure regulating valve and the backflow prevention valve provided on the downstream side of the cooling piping are connected at least in this order. Equipment cooling system.
前記膨張機一体型圧縮機は、
モータと、
前記モータの出力軸に接続され、前記モータによって駆動されて前記冷媒を圧縮する前記圧縮機と、
前記モータの前記出力軸に接続され、前記冷媒を膨張させてその際に発生する膨張エネルギーを前記出力軸の動力として回収する前記膨張機と、
を具備することを特徴とする請求項1記載の発電設備の冷却装置。
The expander-integrated compressor is
motor and
the compressor connected to the output shaft of the motor and driven by the motor to compress the refrigerant;
the expander that is connected to the output shaft of the motor and expands the refrigerant and recovers the expansion energy generated at that time as power for the output shaft;
2. The cooling device for power generation equipment according to claim 1, further comprising:
前記発電設備は、発電機の下方に水車を設け、これら前記発電機と前記水車が主軸によって回転可能に支持された水車発電機であり、
潤滑油中に配設される前記冷却配管は、
前記発電機の上方において前記主軸を回転自在に支持する上部軸受に供給する潤滑油中に配設される第1冷却配管と、前記発電機の下方において前記主軸を回転自在に支持する下部軸受に供給する潤滑油中に配設される第2冷却配管と、前記下部軸受より下方であって前記水車の上方に設けられた水車軸受に供給する潤滑油中に配設される第3冷却配管と、を有することを特徴とする請求項1又は2記載の発電設備の冷却装置。
The power generation equipment is a water turbine generator in which a water turbine is provided below a generator, and the generator and the water turbine are rotatably supported by a main shaft,
The cooling pipe arranged in the lubricating oil is
A first cooling pipe disposed in lubricating oil supplied to an upper bearing that rotatably supports the main shaft above the generator, and a lower bearing that rotatably supports the main shaft below the generator. a second cooling pipe disposed in the lubricating oil supplied; and a third cooling pipe disposed in the lubricating oil supplied to the water turbine bearing provided below the lower bearing and above the water turbine. The cooling device for power generation equipment according to claim 1 or 2, characterized in that it has the following.
前記第1冷却配管、前記第2冷却配管、及び前記第3冷却配管は、前記圧縮機および前記放熱装置に対して並列的に接続された並設通路上に設けられ、
前記並設通路のそれぞれには、冷媒流量を調節する流量調整弁が設けられることを特徴とする請求項3記載の発電設備の冷却装置。
The first cooling pipe, the second cooling pipe, and the third cooling pipe are provided on parallel passages connected in parallel to the compressor and the heat radiating device,
4. The cooling device for power generation equipment according to claim 3, wherein each of the parallel passages is provided with a flow rate adjustment valve that adjusts the flow rate of the refrigerant.
前記圧力調整弁は、前記冷媒循環サイクルの前記膨張機の下流側で前記並設通路に冷媒を分流させる部位より上流側に配設されるか、それぞれの前記並設通路上に配設されることを特徴とする請求項4記載の発電設備の冷却装置。 The pressure regulating valve is disposed downstream of the expander in the refrigerant circulation cycle and upstream of a portion where the refrigerant is divided into the parallel passages, or is disposed on each of the parallel passages. 5. The cooling device for power generation equipment according to claim 4. 前記冷媒循環サイクルの前記圧力調整弁の下流側に冷媒充填弁を設けたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の発電設備の冷却装置。 6. The cooling device for power generation equipment according to claim 1, further comprising a refrigerant filling valve provided downstream of the pressure regulating valve in the refrigerant circulation cycle. 前記発電機は、回転軸に固定された回転子と、この回転子の周囲に設けられた固定子と、この固定子の周囲に設けられ、前記回転子及び前記固定子を循環する空気を冷却する空気冷却器とを備え、前記圧力調整弁で圧力調整された冷媒は、前記空気冷却器にも循環されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の発電設備の冷却装置。
The generator includes a rotor fixed to a rotating shaft, a stator provided around the rotor, and a device provided around the stator to cool air circulating through the rotor and the stator. The cooling device for power generation equipment according to any one of claims 1 to 6, further comprising an air cooler having a pressure adjusted by the pressure regulating valve, wherein the refrigerant whose pressure is regulated by the pressure regulating valve is also circulated to the air cooler. .
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