JPH0340733A

JPH0340733A - 回転電機の冷却装置

Info

Publication number: JPH0340733A
Application number: JP17623389A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Watanabe; 裕渡辺; Takeshi Ubusawa; 生澤　猛
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-07
Filing date: 1989-07-07
Publication date: 1991-02-21
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2667524B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は自身では回転起動のできないガスタービン原動
機を有する発電プラントの回転電機の起動方法の１つと
して実施されている発電機を電動機として用いる手法い
わゆるスタティックスタータにおいて、回転電機の起動
時の冷却を促進し、回転電機の起動力を高めることを可
能にする回転電機の冷却装置に関する。

（従来の技術）ガスタービンを用いる発電システムの起動方法には、上
記スタティックスタータの他に次の２通りの方法がある
。第１は起動用の電動機を別に備え、起動後はクラッチ
切り離しによる単独運転に移す方法、第２は軸系にスチ
ームタービンを備え、袖助ボイラを設置し、ボイラの蒸
気によりスチームタービンを駆動する方法である。前者
は、クラッチの容量制限から、大容量システム向きでは
なく、後者は補助ボイラの設置および制御系の複雑化な
ど大規模な設備を必要とする。スタティックスタータ方
式は、主として電源の変更のみで対応可能であるが、起
動時に回転発電機の冷却能力が小さい為、十分な起動力
を得ることができない欠点がある。

（発明が解決しようとする課題）本発明は前項にて紹介した回転電機を電動機として起動
用に使用する場合、回転電機回転子表面には、スタティ
ックスタータ用電源高調波成分の対策としてダンパーバ
ーを設置するが、起動時には、このダンパーバ一部に電
機子側の高調波成分により、反発電流が流れ、ダンパー
バーを主として回転子表面が高温化する。これに対し、
冷却手段は回転速度が停止からの相対的な低回転速度領
域である為、回転子自身の通風冷却力は小さくて、主に
ダンパーバ一部の発熱による昇温に対処する必要がある
。従って、特に起動トルクを大きくしたい場合には、ダ
ンパーバーの熱容量の制限が問題となる。

本発明は、このように、ガスタービンを原動機あるいは
その一部として使用する発電プラントの軸系起動用とし
て回転電機を電動機として使用する際、低速でも回転子
の冷却を良好にした回転電機の冷却装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（ａ題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明においては次の手段
を用いる。即ち第１の手段としては、起動時には別置き
ファンによって１回転型機を冷却する。そして更に、回
転子の回転速度と、起動電流と、回転子温度等の起動状
態を検知して起動を制御する強制冷却状態制御装置を設
ける。

第２の手段としては、起動時には回転子に液相冷媒を散
布する冷媒散布装置と、散布されて蒸発した後冷却され
た液相冷媒と蒸発しなかった液相冷媒とを回収する集液
装置とを設ける。

（作　用）発電機を電動機として、ガスタービン軸系を起動する回
転電機において１回転型機回転子のコイルおよびダンパ
ーバーを冷却改善する事により、起動トルクを高める事
が可能である。即ち第１の手段は強制風冷であり、第２
の手段は強制液冷としたものである。

従来、大容量のガスタービンコンバインド発電プラント
において発電機を電動機として使用したくとも、その出
力が小さい故に起動用電動機を設けるか、またはシステ
ムとしてより複雑な、補助ボイラの設置が不可欠であっ
たが、本発明によりスタティックスタータ起動方式の容
量限界が拡大される。

（実施例）実施例１以下本発明の第１の実施例について第１図と第２図を参
照して説明する。

第１図において、（ｌ〉はスタティックスタータ盤、（
２）は強制冷却状態制御装置、（３）は別置ファン、（
４）は固定子コイル、（５）は回転子、（６）は回転計
、（７）は回転子ファン、（８）は回転子温度センサ、
（９）はスリップリング、　（１０）はブラシ、（１１
）は冷媒冷却用のクーラである。

次に上記部品の関連について、機能を混じえて説明する
。

スタティックスタータ盤（１）上のオペレータ換作によ
り発電機を電動機として起動すること、即ちモータリン
グ開始が要求されると、スタティックスタータ盤（１）
はモータリング開始要求発生通知信号を強制冷却状態制
御装＋ｉ￥（２）へ出力する。

強制冷却状態制御装置（２）はモータリング開始要求発
生通知信号を受けて別置ファン（３）の運転を開始して
無符号矢印の方向に通風し、別置ファン（３）の回転速
度Ｎｆが所要回転数に達すると、スタティックスタータ
盤（１）へのモータリング許可接点信号の出力をオンに
する。スタティックスタータ盤（１）はモータリング許
可接点信号がオンとなっている場合のみ、図示しないイ
ンターロックを解除してモータリング通７１Ｌｉ！流Ｉ
を回転電機固定子コイル（４〉へ出力し、回転子（５）
を駆動することができる。スタティックスタータ！！！
（１）はモータリング通電電流Ｉの周波数ｆｉを零から
上昇させていくことにより５回転子（５）と同期をとり
ながら回転子（５）の回転速度Ｎｒを上げていく。回転
子（５）の回転速度Ｎｒは、回転計（６）によって検出
され、スタティックスタータ盤（１）に入力されてモー
タリング通電電流工の周波数ｆｉを設定する為の監視デ
ータとして使われる一方で、強制冷却状態制御装置（２
）へも入力される。強制冷却状態制御装置（２）では回
転子（５）の回転速度Ｎｒのデータを用いて、回転子（
５）に取付けられた回転子ファン（７）のファン効果を
算出する。また、強制冷却状態制御装置（２〉は、スタ
ティックスタータ盤（１）から出力されるモータリング
通電電流Ｉの値ｉ、及び、モータリング通電電流工の周
波数ｆｉを入力して、回転子（５）の発熱量の分布を算
出する。強制冷却状態制御装置（２）は上記の様に算出
された回転子ファン（７）のファン効果及び回転子（５
）の発熱量のデータを用い、さらに回転子（５）に取付
けられた回転子温度センサ（８〉で検出されスリップリ
ング（９）及びブラシ（１０）を介して入力される回転
子温度Ｔのデータも用いて、別置きファンの回転速度Ｎ
ｆの目標値を算出し、別置きファンの回転速度Ｎｆを監
視・制御する。回転子の回転速度Ｎｒが第２図にて示さ
れるところのガスタービンによる駆動領域にはいり、モ
ータリング通電電流工がうち切られ、回転子温度Ｔが正
常値に落ちついている時、強制冷却状態制御装置（２）
は別置きファン（３）の運転を停止する。

次にこの実施例１の作用を説明する。

以上述べたようにこの実施例１によれば、回転子とは独
立に設置した別置きファンにより回転電機冷媒（例えば
水素ガス）を強制＠環させ、ダンパーバ一部の冷却を確
保しようとするものである。

回転子の回転速度が上昇するに従い、回転子のファン作
用が生じてくること、および、回転子温度の変化・加熱
条件に対応した冷却能力の確保ができることから、適切
な通風冷却状態を保ち、回転子の回転速度１回転子の温
度、固定子のモータリング通１ｉＴ（電ｍ　Ｉを監視し
、これらの条件によって別置きファンの回転速度を制御
するので効率が良い。又、回転子の過熱を防止する為に
別置きファン通風動力の発生を確認した上で、モータリ
ング可能とするインターロックを設けることは信頼性を
高める。以上の別置きファン回転速度制御及びモータリ
ング許可の機能をはたすものとし′Ｃ強制冷却状態制御
装置を設ける。左記強制冷却状態制御装置は１回転子の
回転速度がガスタービンによる駆動領域にはいり、モー
タリングが終了し、別置きファン運転の必要が無くなっ
た時点で別置きファンの運転を停止する機能も有する６
従ってこの実施例上は、ガスタービンを原動機あるいは
その一部として使用する発電プラントの紬糸起動用とし
て、回転電機を電動機として使用する際、低速でも回転
子の冷却を良好にした回転電機の冷却装置を提供するこ
とができる。

実施例２次に本発明の第２の実施例について第３図を参照して説
明する。第３図において第１図と同一部分には同一符号
を付して説明を省略する。

第３図において、（１３）は液相冷媒貯槽、（１４）は
ポンプ、（１５）は冷媒散布装置、（１６）は固定子鉄
心、（１７）は鉄心量間隙、（１８）は集液装置、（１
９）は吸着器である。

次に上記部品の関連について、機能を混じえて説明する
。

回転電機下部に設置された液相冷媒貯槽（１３）内の液
相冷媒は例えばフルオロカーボンのような高絶縁性低沸
点冷媒であって、ポンプ（１４）により発電機上部の液
相冷媒散布装置（１５）に送給され、図示しない散布口
から噴射散布される。散布された冷媒は、第３図中の破
線矢印のように固定子鉄心（１６）間の間隙（１７）を
通過し、流下した後、回転子（５）表面に到達する。

起動時、回転子表面は電動機運転により発熱が集中する
為、高温化しており液相冷媒の一部はこの熱により蒸発
し、気相となる。未蒸発分の液相冷媒は、重力の作用に
より流下し、クーラ（１１）により温度低下し、回転電
機下部の集液Ｍ　匝（１８）により集液され再び液体冷
媒貯槽（１３）に集められた後、ポンプ（１４）により
循環を繰り返す。

一方、回転子（５）の回転速度が上昇すると、回転子（
５〉の両端部に取り付けられた通風用のファン（７）に
よる機内ガス（一般に水素ガスが用いられる）の循環が
強化される。機内ガスの循環は第３図に実線矢印にて示
された経路をとる。即ち、ファン（７）により昇圧され
た機内ガスは回転子（５）の内部を通過した後、固定子
鉄心量間隙（１７）を半径方向外側へ向かい、固定子鉄
心（１６）の背後へ流出した後、クーラ（Ｕ）を通過す
る際低温化する。この際機内ガスと一緒に循環した液相
冷媒の蒸気成分は、凝縮液相となって落下し、集散装置
１（１８）を通り再び液相冷媒貯槽（１３）に回収され
る。そして。

第２図に示される電動機による軸系の起動領域の期間内
にガスタービン点火がおこなわれる。起動完了と共に、
ポンプ（１４）は停止され、その後は液相冷媒の回収が
実施されると共に、定格回転数まで増速された後発電機
として運転される。

この運転状態になるまでに、機内の液相冷媒は、はとん
ど回収されるが、必要に＾εじ機内に活性炭やモレキュ
ラーシーブス等の吸着材を利用した吸着器（１９）を設
置し、液相冷媒を回収することも可能であるが、若干の
冷媒が機内ガスと共に循環されても支障はない。

次に上記実施例２の作用を説明する。

上記のように、発電機として運転する回転電機を電動機
として起動時のみ用い、その際、回転子が過熱するのを
液相冷媒散布による蒸発により冷却し、ガスタービンに
よる動力が得られた後は、液相冷媒を回収し、通常の発
電機として運転し、電気的出力を取り出すことができる
。そして起動時は、液相冷媒の蒸発により、主に回転子
表面を冷却するようにしている為、微量の液相冷媒によ
り、十分な冷却が可能になると共に、機内の温度を一定
に保つ事が可能となる。

尚、実施例１の強制冷却状態制御装置に準したものを付
加して、冷媒散布を制御してもよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のとおり構成されているので次に記載す
る効果を奏する。

請求項（１）のガスタービンで運転する回転電機の冷却
装置は、起動時の回転速度が低いため、回転子のファン
のみでは通風冷却能力が十分でないが、別置ファンによ
る冷媒の強制循環による冷却を適切に行い得るようにし
たので、起動時に電気的発熱量が増大しても、回転子温
度を低く抑えることが可能である。従って電動機として
駆動トルクを十分に大きく設定することができる。

請求項（２）のガスタービンで運転する回転電機の冷却
装置は、起動時の回転速度の低い領域では液相の冷媒を
回転子に散布し、蒸発により冷却を達成するようにした
ので、起動時に電気的発熱量が増大しても、回転子温度
を低く抑えることが可能である。従って電動機として駆
動トルクを十分に大きく設定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す冷却系統図、第２
図はガスタービンを稼動させる際に必要な起動用駆！１
！ｌＩ機による回転速度上昇状態の一例を示す曲線図、
第３図は第２の実施例を示す冷却系統図である。１・・・スタティックスタータ盤、２・・・強制冷却状態制御装置。４・・・固定子コイル、６・・・回転計。８・・・回転子温度センサ、１４・・・ポンプ。１８・・・集散装置。３・・・別置ファン、５・・・回転子、７・・・回転子ファン、１３・・・液相冷媒貯槽、１５・・・冷媒散布装置、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガスタービンを原動機として運転する発電機を電
動機として起動する回転電機の冷却装置において、ガス
タービンによる駆動力が得られるまでの所定の起動回転
速度まで回転子ファンの他に回転電機の回転子冷却用と
して設けた回転電機冷媒強制循環用の別置ファンと、回
転子の起動時回転速度、起動電流、回転子温度等の起動
状態を検知して起動継続と打切りを制御する強制冷却状
態制御装置とを設けたことを特徴とする回転電機の冷却
装置。
（２）ガスタービンを原動機として運転する発電機を電
動機として起動する回転電機の冷却装置において、ガス
タービンによる駆動力が得られるまでの所定の起動回転
速度まで回転電機の回転子冷却用液相冷媒を散布する冷
媒散布装置と、散布されて蒸発した後冷却された液相冷
媒と蒸発しなかった液相冷媒とを回収する集液装置とを
設けたことを特徴とする回転電機の冷却装置。