JPS5869448A

JPS5869448A - 水素ガス冷却回転電機の水素ガス消費量監視装置

Info

Publication number: JPS5869448A
Application number: JP16712781A
Authority: JP
Inventors: Sanshiro Obara; 小原　三四郎; Ikuro Miyashita; 宮下　郁朗
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-10-21
Filing date: 1981-10-21
Publication date: 1983-04-25

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】本発明は水素ガス冷却回転電機の水素ガス異常漏洩を早
期に検知するのに好適な水素ガス消費量監視装置に関す
る。

第１図は大容量タービン発電機などの水素ガス冷却回転
電機の水素ガス配管系統の概略図で、回転電機１の機関
には水素ガスボンベ２から減圧弁３と封入弁４と分岐管
５を介して冷却用水素ガスが大気圧よりも高い圧力で封
入される。また機関の水素ガス圧を測定ｊるためのセン
サ６および水素ガスの純度を測定するための純度計７が
機体１に配管を介して連結される。

ところで、水素ガスは空気に比較して熱伝導率が約７倍
であるため被冷却体の表面から熱を奪う能力が空気より
はるかに大きい。そしてこの水素ガスを強制的に対流さ
せる冷却方式とすれば冷却効果が一層向上する。また、
水素ガスの密度は空気の７％であるので機内での流体摩
擦抵抗損失が空気のそれに較べて少なくタービン発電機
の効率向上に役立つ。その反面、密度が小さいために漏
洩しやす゛〈、各溶接部、シール部２機外水素ガス配管
などの気密不良や軸密封装量や油切り部に不具合が発生
すると、そこから水素ガスが漏洩して水素ガス爆発を招
く恐れがある。

水素ガス漏洩検出方法としては水素ガス消費量を算出し
て監視レベル（正常時の消費量）と比較すればよいわけ
であるが、監視レベルを適正に設定することが難かしく
、水素ガスの異常漏洩を早期に正確かつ自動的に検出す
ることができなかった。

従って本発明の目的は、冷却の対象となる回転電機内に
密封状態で封入されている水素ガスの異常漏洩を早期に
正確かつ自動的に検出できる水素ガス消費量監視装置を
提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、回転電機内のガス
圧信号９機内のガス源信号、大気圧信号。

機内に水素ガスを封入するための封入弁の開閉状態信号
を処理して水素ガス消費量を算出し、算出値と監視基準
値を比較して異常漏洩を検出すると共に、水素ガスの正
常消費量が回転電機の運転状態によって変化することを
考慮して運転状態信号により前記監視基準値を変えるこ
とによシ、水素ガスの正常消費と異常漏洩のレベル差を
圧縮したことを特徴とする。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第２図において、タービン発電機１内には水素ガスボン
ベ２から減圧弁３と封入弁４を介して冷却用水素ガスが
大気圧よシも高い圧力で封入される。機内の水素ガス圧
はセンサ６で電気信号に変換され、大気圧はセンサ８で
電気信号に変換され、機内の水素ガス塩はセンサ９で電
気信号に変換されて各電気信号は制御回路１ｏの入力回
路１１に入力される。タービン発電機１の回転軸１２は
軸受装置１３で支持され、この回転軸１２のタービン（
ＴＢ）側端部とコレクタリング（ＣＬＲ）側端部は機枠
を貫通して機外に突出している。軸密封装置１４には軸
密封給油管１５を介して機内の水素ガス圧よシもわずか
に（０，３５〜０．５６Ｋｙ／備り高い圧力の軸密封油
が供給され回転軸１２の機枠貫通部から機内の水素ガス
が機外へ漏洩するのを防止する。軸密封排油管１６は軸
密封装置１４の機内側の軸密封油を排出する。圧力セン
サ１７は軸密封給油圧を電気信号に変換して入力回路１
１に入力し、回転数上ンサ１８は回転軸１２の回転を電
気信号に変換して運転状態検出器１８に入力する。運転
状態検出器１９は入力信号からタービン発電機１が定格
回転運転状態かターニング運転状態かを判別し、判別結
果を入力回路１１に入力する。入力回路１１は更に封入
弁４の開閉状態信号を入力し、演算処理回路２０はこれ
らの入力信号に基づいて水素ガス消費量を算出し算出値
を監視基準値と比較し水素ガスの異常漏洩があるかどう
かを監視してその結果を表示あるいは警報出力するだめ
の出力回路２１に入力する。

ここで、演算処理回路２０による水素ガス消費量の算出
法について、第３図の機内水素ガス圧信号と封入弁４の
開閉状態信号のタイムチャートをもとに説明する。１１
時点の機内水素ガス圧（陽／副２）、大気圧（助／ｃｍ
”　）　、機内水素ガス塩（ｔＺ’）をＰｓ　＋　Ｂ１
　ｅ　Ｔｔ　ｅ　ｔｔ時点のそれらをＰｔ　ｅ　Ｂｔ　
＊　Ｔｔ　ｓそして両持点間の時間すなわち消費時間〔
ｈｒ〕をＴｉｍとすると、水素ガス消費量ＬＫＧは（１
）式よシ算出できる。

・・・・・・・・・（１）ただし、ＬＫＧの単位は（ｍ３／ｄａｙ）、そしてＶ？
Ｇは発電機々内の水素ガス容積（ｍ３）である。

また、１３時点の入力データをＰｓ　’　＋　Ｂｔ　’
　ＨＴ１　’　１１４時点のそれをｐ、　’　＊　Ｂｔ
　’　、Ｔ’、　’　ｈそして消費時間Ｔｉｍ’　　と
して、（１）式に代入するとｔ３〜ｔ４時点間の水素ガ
ス消費量Ｌ　ＫＧ’が算出できる。なお、水素ガス封入
弁４の開閉状態信号はその信号が１閉”のとき、・すな
わち水素ガス封入期間以外のときの入力データが水素ガ
ス消費量算出に有効なデータとなるようにするために必
要である。

演算処理回路２０は更に上記の水素ガス消費量Ｌ　Ｋ　
Ｇ　（ＬＮＧ’　）をもとに監視基準値（ＬＫＧＭＡＸ
）との大小比較を行う。たとえば％　ｔ、〜ｔ２時点間
の水素ガス消費量ＬＫＧが監視基準値よりわずかに小さ
く正常だとすると、はぼ２倍の傾斜で機内水素ガス圧が
減少しているｔ３〜ｔ４時点間の水素ガス消費量ＬＫＧ
’は監視基準値を越えるので、演算処理回路２０は水素
ガスの異常漏洩発生として、出力回路２１のたとえばプ
リンタや警報を駆、動して、オペレータに警告を発する
。

上記で算出した水素ガス消費量は（２）式のように軸密
封装置１４０機内側の排油に溶解する溶解量り油と発電
機１本体の各溶接部分等からの漏洩量Ｌ＠に大別される
。

ＬＫＧ二り油＋Ｌ他　　　・・・・・・・・・（２）（
２）式における軸密封排油への溶解量り油（ｍ３／ａａ
ｙ）はＬ油＝　１．４４＋ＰＸＱ油Ｘ　Ｖ・−・−・・・−（
３１より求めることができる。ただし、Ｐは機内水素ガ
ス圧（〜／ｃｍ２）、　Ｑ油は軸密封排油の流量（）／
ｍＪ、ｖは水素ガスの排油への溶解率（〈１の値）であ
る。排油の流量Ｑ油は第４図の実線に示すように回転数
ととも如増大する。定格回転数運転時のＱ１掟はターニ
ング（数ｒｐｍ）運転時のＱ油夕の約数倍増加する。第
４図では７→３０！／１ｎｉＲと４．３倍である。また
、溶解率Ｖは排油の温度Ｔ油に依存する。排油温度が第
４図の破線のように、Ｔ油り＝３７ＣからＴ拙走＝４１
０に変化すると、溶解率Ｖは５．４％から５，７％に増
加する。第４図の場合を例忙すると、ターニング運転時
の溶解量り油夕はＬ油夕＝１．４４ＸＰり×Ｑ油夕×ｖ
タ　　　・・・川・・・（４）となシ、定格回転数運転
時の溶解量り拙走はＬ拙走＝１．４４ＸＰ定×Ｑ油定×
ｖ定・・・・・・・・・（５）となる。両者の機内圧Ｐり、Ｐ定が等しい場合、その比
率はとなシ、定格回転数運転時には、ターニング運転時の４
．５倍もの水素ガスが排油中に溶解することになる。

したがって、　Ｄ　Ｓ　Ｓ　（ＤａｉｌｙＳｔ’ａｒｔ
　＆　５ｔａｐ）運転のように、ターニング運転や定格
回転数運転を繰返す運転時顛は、正確な水素ガス消費量
の監視を行うために、運転状態に応じて監視基準値をＬ
ＫＧＭＡＸり、ＬＫＧＭＡＸ定に変えなければならない
。

コレラ監視基単値ＬＫＧＭＡＸ／、ＬＫＧＭＡＸ定を得
るために演算処理回路２０は発電機１の運転開始時や定
期検査終了時すなわち営業運転開始時、第５図のような
前処理を行′う。この前処理で監視基準値が決定された
後、第６図のような水素ガス消費量監視処理を実行する
。

第５図において、営業運転開始前の検査等の調整段階で
ターニングや定格回転数での軸密封排油の流量Ｑ油タ、
Ｑ拙走　とその排油温度から水素ガスの溶解率Ｖり、■
定を測定して演算処理回路２０に設定する。次に、監視
基準値を決定するためには、軸密封装置１４の給油圧が
機内水素ガス圧Ｐより＋　０．３５〜＋　０．６５　Ｋ
ｇ／ｃｍ”だけ高く、正常に給油されることが必要条件
になるので、給油圧をチェックする。もし、給油がこの
範囲外のときは制御回路１０の出力回路２１のたとえば
プリンタや警報等を駆動して、オペレータに警告を発す
る。

正常ならば、営業運転開始前のターニング運転時に機内
水素ガス圧Ｐりを取込み、（４）式から溶解量り油夕　
を算出する。そして、定格回転数運転待ちを運転状態検
出器３２の入力信号よシ行う。定格回転数に達したなら
ば、そのときの機内水素ガス圧Ｐ完を取込み、（５）式
から溶解量り拙走　を算出し。

第１回目の水素かつ消費量ＬＫＧを（１）式から算出す
る。そのときの消費時間Ｔｉｍを２〜３時間程度にする
。水素ガス消費量ＬＫＧの算出が終了したら、その値Ｌ
ＮＧをに倍（１，５程度）した値を定格回転数運転時の
監視基準値ＬＫＧＭＡＸ定　とする。

そして、算出した値ＬＫＧから、（２）式を用いて。

ターニング運転時及び定格回転数運転時でも漏洩量り他
は変わらないので、算出した値ＬＫＧと溶解量り拙走か
ら（２）式を用いて漏洩量り他を算出する。そして、タ
ーニング運転時の溶解量り油夕　と漏洩量り他の加算値
をに倍してターニング運転時の監視基準値ＬＫＧＭＡＸ
りを算出する。これら、監視基準値決定後、水素ガス消
費量監視処理を開始する。

第６図に示すように、水素ガス消費量監視処理として、
まず１機内水素ガス圧、犬気鷲そしデ機内水素ガス温度
の入力データをもとに％（１）式から水素ガス消費量Ｌ
ＫＧを算出する。そして、運転状態検出器１９０入力信
号をもとにターニング運転か否かの判定を実行する。タ
ーニング運転ならば、監視基準値をＬＫＧＭＡＸりとじ
て、水素ガス消費量ＬＫＧとの大小比較（監視）を実行
する。一方、定格回転数運転ならば、監視基準値をＬＫ
ＧＭ静掟として、ＬＫＧとの大小比較（監視）を実行す
る。

これらの監視処理で、水素ガス消費量ＬＫＧが監視基準
値以上ならば、水素ガスの異常漏洩とみなし、演算処理
回路２０は出力回路２１のたとえばプリンタや警報を駆
動して、オペレータに警告を発する異常処理を実行する
。一方、水素ガス消費量ＬＫＧが監視基準値を越えなけ
れば、正常とみなし、単に出力回路２１のたとえばプリ
ンタに水素ガス消費量ＬＫＧを印字する正常処理を実行
する。

以上説明したように、本発明によれば、水素ガス冷却回
転電機の水素ガス輛費量監視装置に定格運転状態を入力
し、これら運転状態に応じて水素ガス消費量の監視基準
値を変えることにより、早期に正確かつ自動的に水素ガ
スの異常漏洩を検知することができる。

図面の簡単な説明、第１１は水素ガス冷却回転電機の水素ガス配管系統の概
略図、第２図は本発明の一実施例を示すタービン発電機
装置のブロック図、第３図は本発明の動作説明図、第４
図は回転数に対する軸密封排油の流量と温度の関係を示
す特性図、第５図は本発明の監視基準値決定フローチャ
ート、第６図は水素ガス消費量監視処理フローチャート
である。

１・・・水素ガス冷却回転電機、６・・・機内水素ガス
圧センサ、８・・・大気圧セ／す、９・・・機内水素ガ
ス温センサ、１０・・・制御回路、１１・・・入力回路
％１４・・・軸密封装置、１７・・・軸密封給油圧セン
サ、１８・・・回転数セフ′す□゛、１９・・・運転状
態検出器、２０・・・第　１　目第２の第３０第　４　１ｎ第　Ｓ　図

Claims

【特許請求の範囲】

１、水素ガス冷却回転電機内の水素ガス圧センサ信号と
機内の水素ガス温センサ信号と大気圧センサ信号と機内
に水素ガスを封入する封入弁の開閉状態信号を入力する
ための入力回路と、これらの入力信号から水素ガス消費
量を算出して算出値と監視基準値の比較を行う演算処理
回路と、比較結果を出力する出力回路とを備えた水素ガ
ス冷却回転電機の水素ガス消費量監視装置において、前
記演算処理回路は更に回転電機が定格回転数運転かター
ニング運転かの運転状態信号を入力し、この運転状態信
号に応じて前記監視基準値を変更するようにしたことを
特徴とする水素ガス冷却回転電機の水素ガス消費量監視
装置。