JPS5944486B2 - 密閉式タ−ビンの軸シ−ル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、フロント気を駆動流体として使用するオイル
フロンタービンに係り、フロンが漏洩して潤滑油に混入
することを防止するためのタービン軸シール装置に関す
るものである。

通常の水蒸気を用いたタービンにおいては、駆動流体で
ある蒸気が潤滑油として用いられる鉱油中に混入するこ
とは別設に重大な技術的問題とならないが、オイルフロ
ンタービンにおいては駆動流体であるフロンが潤滑油中
に混入することは重大な技術的問題となる。

次に、その事情を略述する。

オイルフロンタービンにおいてはポリオールエステル油
が一般に潤滑油として用いられる。

これは、この油が熱的安定性を有しているという点でオ
イルフロンタービンの潤滑油として好適だからであるが
、反面、この油はフロンと結合し易いという特性を持っ
ており、しかもフロンの混入によって著しく油性が低下
し、潤滑油膜の保持が困難となる。

このため、このポリオールエステル油の中のフロン濃度
をある一定値（通常、約２０％）以内に抑制する必要が
ある。

上述の事情に加えて、フロンの特性として、次記理由に
よりフロンと大気との流通も防止しなければならない。

（イ）大気がフロン中に混入すると、大気中の水分の影
響で塩酸が生成され、タービン内部の腐蝕を招く。

（ロ）フロンが大気中に漏出すると公害の原因となり、
また高価なフロンを滅失することは不経済である。

フロンと大気とを遮断し、かつ、潤滑油中のフロン濃度
を低く押えるため、従来、オイルフロンタービンにおい
ては一般に第１図のような構造が用いられている。

同図においては１は潤滑油タンクで、このタンク内の潤
滑油は油ポンプ２によって加圧され、冷却器４および配
管３を経て、タービン軸１３を支承している軸受５およ
び同６に供給される。

軸受５．６を潤滑した潤滑油は配油管９，１０を経て潤
滑油タンク１に還流する。

一方、作動流体であるフロンガスは蒸気弁２５を通って
タービン１１に供給され、同タービンをｉ動した後、タ
ービン用のコンデンサ２４に回収される。

このフロンガスの大気中への放散を防止するため、ター
ビン軸１３がケーシング１２を貫−通ずる個所に、軸シ
ールとしてパツキン４７、同４８を設けてフロンガスを
封止しである。

しかし、これだけでは完全な封止ができないのモ、軸受
５゜６をそれぞれ軸受箱７，８で囲み、この軸受箱７゜
８をそれぞれ前記のパツキン４７．４８に接続し、ケー
シング１２と軸受箱７，８とパツキン４７゜４８とで一
つの密閉室を形成している。

以上のような従来形の構成によってフロンガスは大気と
遮断されるが、その結果、軸受箱７，８の中にフロンガ
スが充満し、排油管９，１０を経て潤滑油タンク１内の
上部空間にもフロンガスが流入する。

このようにして潤滑系統内の潤滑油がフロンガスと接触
し、フロンガスの溶入を受けて劣化する。

ケーシング１２からパツキン４７を通って軸受箱７に漏
洩するフロンガス流量を減少させるため、パツキン４７
の中央付近とタービン用コンデンサ２４とを管１４によ
って連通させる工夫も為されている。

この管１４を設けることによって軸受箱７の中へ流入す
るフロンガス流量が減少するのは次の理由による。

パツキン４７はタービン１２の高圧側に設けられ、同一
タービンに供給される高圧フロンガスが軸受箱７に流動
するのを阻止しているが、僅かな隙間から若干のリーク
を生じる。

そのリーク流の途中を上記のような構造により管１４を
介してコンデンサ２４に連通させると、上記のリーク流
の大半はコンデンサ２４に吸引、回収されて、軸受箱γ
内への漏入が軽減される。

パツキン４８はタービン１１の低圧側に設けられている
ので、上記のようにコンデンサ２４と連通させる必要が
無い。

上記のように、管１４によってフロンガスが軸受箱７に
流入するのを軽減し得るが、完全に防止することは困難
なので、従来一般に、次期のように潤滑油中のフロンガ
スを脱気してこれを作動流体系統内へ回収する装置が設
けられている。

潤滑油タンク１内の潤滑油は油ポンプ１５によって加熱
器１６を経て脱気器１９に送られる。

この脱気器１９内はフロン蒸気を作動流体とするエジェ
クタ２１に連通されて減圧されている。

加熱器１６で予熱された潤滑油は脱気器１９の中で噴霧
され、溶入していたフロンを気化・分離させて潤滑油タ
ンク１に還流する。

気化したフロンガスはエジェクタ２１を経てタービン用
コンデンサ２４に回収される。

以上に説明したように、従来形のオイルフロンタービン
においては、若干のフロンガスが潤滑系統内に混入する
ことを許容し、潤滑油中に溶入したフロンガスを分離回
収することによって潤滑油の劣化を防止していたが、こ
の装置には次のような欠点が有る。

イ 潤滑系統の機器の外壁の温度が、大気温度の変化な
どの影響を受けて降下すると、その内壁面でフロンガス
が液化して潤滑油の中に混入する。

特に冬季などではその量が大きいので、潤滑油中のフロ
ンを分離回収するための脱気装置を大容量のものとしな
ければならない。

口 大容量のフロンガス脱気装置を設けると、潤滑油が
加熱器１６で加熱される熱量が多くなり潤滑油の熱によ
る劣化が促進されるので不経済である。

また、加熱器１６やエジェクタ２１が大容量になること
はエネルギー経済の面からも好ましくない。

本発明は以上の事情に鑑みて為され、タービンのケーシ
ング内のフロンガスが軸受箱の中に漏入するおそれの無
いタービン軸シール装置を提供しようとするものである
。

前述の説明から容易に理解されるように、軸受箱へのフ
ロンガスの漏洩を防止すれば、潤滑油がフロンガスに接
触する可能性が激減し、その結果大量容のフロンガス脱
気装置を設けなくても、潤滑油中のフロンガス濃度を低
く保つことができ、従って潤滑油の性状を長時間にわた
って高品位に維持することができる。

上記の目的を達成するため、本発明は、温情装置の空間
部に窒素ガスを封入し、タービン軸シール用のパツキン
のタービン寄りの側にタービン駆動用流体と同一の流体
を、タービン側のリーク圧よりも高い圧力Ｐで注入する
手段と、前記のパツキンの軸受箱寄りの箱に窒素ガスを
、前記の圧力Ｐと同じ圧力で注入する手段とを設けるこ
とにより、タービン駆動用流体が軸受箱にリークするの
を防止することを特徴とする。

次に、本発明の一実施例を第２図について説明する。

本図において第１図と同一の図面参照番号を附した部材
は従来装置における構成部材と同様若しくは類似の部材
である。

ただし、ポンプ１５、加熱器１６、脱気器１９およびエ
ジェクタ２１によって構成されるフロンガス脱気装置Ａ
は従来装置におけるフロンガス脱気装置に比して格段に
小容量のものとする。

本発明においては、潤滑油タンク１等の潤滑油循環系統
を構成する各機器内に窒素ガスを封入し、潤滑油で満た
されている部分以外の空間を窒素ガスで満たす。

そして、ケーシング１２と軸受箱７，８とを繋いでいる
タービン軸シール用パツキン４９に、後述のごとくガス
を注入し又は流出させるため、パツキン４９の軸方向に
タービン側から順次に連通ロイ９ａ、同４９ｂ、同４９
ｃ、および同４９ｄを穿設する。

同様にパツキン５０にもタービン側から順次に連通口５
０ｂ同５０ｃ、および同５０ｄを穿設する。

タービン１１とコンデンサ２４とを接続している排気管
２６の途中の適宜の個所と前記のパツキン連通口４９ａ
とを管１４で接続する。

そして、上記の排気管２６内のフロンガスを前記のパツ
キン連通口４９ｂおよび同５０ｂに加圧注入するよう、
圧縮機２７を設けてその吸入口を排気管２６に接続し、
同圧縮機の吐出口を圧力コントロール弁２８を介して連
通口４９ｂと同５０ｂとに分岐接続する。

タービン１１に供給される高圧のフロンガスの一部はパ
ツキン４９とタービン軸１３との間隙に流入して連通口
４９ａから排気管２６にリークする。

そのリーク圧は運転条件によって変化するので、その最
大値をＰｍａｘとする。

そして、前記の圧力コントロール弁２８の調整圧力Ｐを
、Ｐ＞Ｐｍａｘとなるように調節する。

以上のようにして、タービン駆動用流体であるフロンガ
スをタービン軸シール用パツキンのタービン寄りの側に
、リーク圧よりも高い圧力で注入する手段を設ける。

また、潤滑油タンク１内の上部空間を満たしている窒素
ガスを前記のパツキン連通口４９ｄ及び同５０ｄに加圧
注入するよう圧縮機４２を設けて、その吸入口を潤滑油
タンク１の上部空間に接続し、同圧縮機の吐出口を圧力
コントロール弁４４を介して連通口４９ｄおよび同５０
ｄに分岐接続するとともに、上記圧力コントロール弁４
４の調整圧力を、圧力コントロール弁２８の調整圧力Ｐ
と同じ圧力に調節する。

以上のようにして、窒素ガスを圧力Ｐでパツキンの軸受
箱寄りの側に注入する手段を設ける。

本発明装置は以上のように構成され、タービンの運転中
においてタービン１１の高圧側からパツキン４９とター
ビン軸１３との間隙に漏入したフロンガスはパツキンの
連通口４９ａから流出する。

上記の流出におけるリーク圧の最大値Ｐｍａｘよりも大
きい圧力Ｐで、連通口４９ｂからフロンガスが注入され
るので、パツキン４９内において、連通ロ４９ｂ→連通
ロ４９ａ方向のフロンガス流動を生じるが、 連通ロ４９ｂ←連通ロ４９ａ方向のフロンガス流動は生
じない。

そして、連通口４９ｄから圧力Ｐで注入される窒素ガス
圧と、連通口４９ｂから圧力Ｐで注入されるフロンガス
圧とがバランスする。

このため、パツキン４９のタービン寄りの側からパツキ
ン４９とタービン軸１３との間隙に漏れこんだフロンガ
スがパツキン４９の連通口４９ｄまで流通する虞れが無
い。

従って、潤滑油の循環系統を構成している軸受箱７の中
へフロンガスが漏入する虞れがなく、潤滑油中にフロン
ガスが溶は込むことが防止される。

パツキン５０においても前述と同様の作用、即ち、連通
口５０ｂに注入されるフロンガス圧Ｐと連通口５０ｄに
注入される窒素ガス圧Ｐとのバランス作用により、パツ
キン５０を通り抜ける漏洩ガス流を生じないので、ター
ビン１１の低圧側の作動流体圧力が変動しても、作動流
体であるフロンガスが軸受箱８に漏出する虞れがなく、
また、軸受箱８内の窒素ガスがゲージング１２内へ漏入
する虞れも無い。

以上は本発明の必須要件についての構成と作用効果との
説明である。

そして、本実施例においては、前記のタービン用コンデ
ンサ２４と別途に混合気分離用のコンデンサ３５を設け
、パツキン４９の連通口４９ａおよびパツキン５０の連
通口５０ｃとの間を、それぞれ排気管３２および同３３
によって接続する。

前記のコンデンサ３５の下方にホットウェル３６を連設
し、ホットウェル内の液状フロンの油面センサ３７に連
動するコントロール弁３９を介してこのホットウェル３
６の底部とタービン用コンデンサ２４とを接続するとと
もに、前記ホットウェル３６の上部空間を管４０で潤滑
油タンク１の上部空間と連通させる。

本実施例は以上のように構成され、パツキン４９．５０
の連通口４９ｂ、５０ｂから注入されたフロ、シガスの
一部と、連通口４９ｄ、５０ｄから注入された窒素ガス
の一部とが混合ガスとして連通口４９ｃ、５０ｃから流
出し、コンデンサ３５に吸引され、ここでフロンガスは
液化されてホットウェル３６内に一時的に貯えられ、コ
ントロール弁３９を経てタービン用コンデンサ２４に送
りこまれる。

一方、窒素ガスは管４０を経て潤滑油タンク１の上部空
間に回収される。

以上のような作用により、パツキン４９および同５０内
には、それぞれ、 連通ロ４９ｄ→連通ロ４９Ｃ←連通口４９ｂ。

連通ロ５０ｂ→連通ロ５０ｃ←連通口５０ｄ方向の漏洩
ガス流を生じる。

このため、連通口４９ｂのフロンガス注入圧Ｐと連通口
４９ａの窒素ガス注入圧力Ｐとが厳密に等しくなくても
、連通口４９ｄ＝連通口４９ｂ の通り抜はリーク流を生じる虞れがない。

従って、圧力コントロール弁２８と同４４との調整圧力
が工業用一般機器類としての精度範囲内で同じ圧力Ｐに
調整されていれば、はぼ完全にパツキン４９のシール機
能を保持し得るという実用的な効果を生じる。

以上はパツキン４９の連通口４９ｃを分離用コンデンサ
３５に接続したことの作用、効果について述べたが、パ
ツキン５０の連通口５０ｃについても同様である。

このように、パツキンの駆動用流体注入口と窒素ガス注
入口との中間に排気用達通口を設けて、これをコンデン
サと接続して、この排気用達通口から流出する混合ガス
をコンデンサに導く管路を設けることによって、軸シー
ル用パツキンのリーク防止機能がいっそう完全に近いも
のとなり、分離した駆動用流体をタービン用のコンデン
サに回収する手段と、分離した窒素ガスを潤滑系統内に
回収する手段とを設けることにより、高価なフロンガス
及び窒素ガスを滅失せしめないで繰返し使用することが
できる。

以上説明したように、本発明は、密閉式タービンにおい
て、潤滑装置の空間部に窒素ガスを封入し、かつ、ター
ビン軸シール用パツキンのタービン寄りの側にタービン
靴動用流体と同一の流体を、タービン側のリーク圧より
も高い圧力Ｐで注入する手段と、前記パツキンの軸受箱
寄りの側に窒素ガスを、前記の圧力Ｐと同じ圧力で注入
する手段とを設けることにより、タービン駆動用流体が
軸受箱にリークする虞れを無くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に用いられているオイルフロンタービ
ンの系統図、第２図は本発明の密閉式タービンの軸シー
ル装置の一実施例の系統図である。 １・・・・・・潤滑油タンク、２・・・・・・油ポンプ
、４・・・・・・冷却器、５，６・・・・・・軸受、７
，８・・・・・・軸受箱、１１・・・・・・タービン、
１２・・・・・・ケーシング、１５・・・・・・油ポン
プ、１６・・・・・・加熱器、１９・・・・・・脱気器
、２１・・・・・・エゼクタ、２４・・・・・・タービ
ン用コンデンサ、２５・・・・・・蒸気弁、２７，４２
・・・・・・圧縮機、２８゜４４・・・・・・圧力コン
トロール弁、３２，３３・・・・・・排気管、３５・・
・・・・分離用コンデンサ、３６・・・・・・ホットウ
ェル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密閉式タービンにおいて、潤滑装置の空間部に窒素
   ガスを封入し、かつ、タービン軸シール用パツキンのタ
   ービン寄りの側にタービン駆動用流体と同一の流体を、
   タービン側のリーク圧よりも高い圧力Ｐで注入する手段
   と、前記のパツキンの軸受箱寄りの側に窒素ガスを、前
   記の圧力Ｐと同じ圧力云注入する手段とを設けることに
   より、タービン駆動用流体が軸受箱にリークするのを防
   止したことを特徴とする密閉式タービンの軸シール装置
   。 ２ 前記の軸シール用のパツキンの駆動用流体注入部と
   窒素ガス注入部との中間部に排気口を設け、上記の排気
   孔とコンデンサとを接続する管路を設けて、排気口から
   流出するタービン駆動用流体と窒素ガスとの混合気体を
   コンデンサで分離し得るようにするとともに、分離した
   タービン駆動用流体をタービン用のコンデンサに回収す
   る手段と、分離した窒素ガスを潤滑系統内に回収する手
   段とを設けることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の密閉式タービンの軸シール装置。