JPWO2017154084A1 - 軸封装置付き回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸封装置付き回転電機において、脱気処理部の効率化をはかり、装置全体の縮小化を目指す。【解決手段】軸封装置付き回転電機は、密封油の入口部と出口部を有する軸封装置が回転軸に装着されている回転電機と、回転電機の軸封装置に供給される密封油が貯蔵されている主油タンクと、入口部が主油タンクの出口部と接続され、油面調整弁を有している密封油浄化タンクと、入口部が密封油浄化タンクの出口部と接続されている脱気ポンプと、密封油浄化タンクの出口部と脱気ポンプの出口部との間に配設されている圧力調整弁と、脱気ポンプの出口部と軸封装置の入口部との間に配設されている差圧調整弁と、を備えている。

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、回転軸を密封油を使って封止する軸封装置を備えた軸封装置付き回転電機に関するものである。

タービン発電機などの回転電機では、本体の内部を冷却するために、水素などのガスが冷却媒体として用いられている（例えば特許文献１〜５）。水素ガスなどの冷却媒体は、シールリングを使用した軸封装置によって回転電機の内部に封入される。この軸封装置では、給油管を通ってシールリングの背面部屋に油が供給されている。油はそこからシールリングの内周側に向けて移動する。このような構造では、給油口に近い部分のシールリングの背面温度が低くなる。シールリングは膨張（または変形）できないため、給油口に近い部分ではシャフトを覆う油膜が薄くなり、油膜の温度が上昇する。

油膜の温度上昇は、シールリングに損傷を引き起こす。温度のバラツキを抑えるために、あらかじめ内径を大きめに製作されるシールリングは、密封油が過剰に消費される。軸封装置の構成部品（ポンプ、フィルタ等）の仕様はこの過剰な油量にあわせて設計されている。ガスをシールするために必要な油量を抑えるために、軸封装置にはシールリングへの給油方向を複数にする工夫が成されている。また、密封油には気泡が含まれているため、脱気することが必要である。

特開２００４−７８７６号公報 特開２００３−１０６０５号公報 特開平０４−２２２６０６号公報 特表昭６３−５０２０１２号公報 特表昭６２−５００９２０号公報

この発明は、水素ガスなどを封入した軸封装置付き回転電機に関わり、特に、軸封装置に密封油を供給する密封油供給装置に関するものである。軸封装置付き回転電機においては、真空タンクの内部で密封油を噴霧して、脱気している密封油供給装置が多く見受けられる。この方式の装置では、真空タンクと真空ポンプを利用しているため、広い設置スペースが必要となる。この発明に係る軸封装置付き回転電機は、このような課題を解決するためになされたもので、脱気処理部の効率化をはかり、装置全体を縮小化することを目指している。

本発明に係る軸封装置付き回転電機は、密封油の入口部と出口部を有する軸封装置が回転軸に装着されている回転電機と、回転電機の軸封装置に供給される密封油が貯蔵されている主油タンクと、入口部が主油タンクの出口部と接続され、油面調整弁を有している密封油浄化タンクと、入口部が密封油浄化タンクの出口部と接続されている脱気ポンプと、密封油浄化タンクの出口部と脱気ポンプの出口部との間に配設されている圧力調整弁と、脱気ポンプの出口部と軸封装置の入口部との間に配設されている差圧調整弁と、を備えている。

本発明に係る軸封装置付き回転電機は、密封油の入口部と出口部を有する軸封装置が回転軸に装着されている回転電機と、回転電機の軸封装置に供給される密封油が貯蔵されている主油タンクと、入口部が主油タンクの出口部と接続され、油面調整弁を有している密封油浄化タンクと、入口部が密封油浄化タンクの出口部と接続されている脱気ポンプと、密封油浄化タンクの出口部と脱気ポンプの出口部との間に配設されている圧力調整弁と、脱気ポンプの出口部と軸封装置の入口部との間に配設されている差圧調整弁と、を備えていることにより、脱気処理部の効率が向上し、脱気用の真空タンク及び真空ポンプが不要となる。その結果、装置全体が縮小化する。

この発明の実施の形態１に係わる軸封装置付き回転電機を示す全体構成図である。 この発明の実施の形態２に係わる軸封装置付き回転電機を示す全体構成図である。 この発明の実施の形態１に係わる軸封装置付き回転電機を示す全体構成図である。

本発明の実施の形態に係る軸封装置付き回転電機について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、軸封装置付き回転電機の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態に係わる軸封装置付き回転電機を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係わる軸封装置付き回転電機１００の全体構成を示している。ここでは、特に、密封油供給装置の系統図を中心に示している。軸封装置付き回転電機１００は、回転電機１と密封油供給装置３０などから構成されている。回転電機１には、筐体の内部を冷却する媒体として水素ガスなどが封入されている。水素ガスなどの冷却媒体は、漏出することがないように、密封油を使用する軸封装置３によって、筐体の内部に閉じ込められている。回転軸２の周囲に装着される軸封装置３は、密封油の入口部３ａと出口部３ｂを有している。密封油は、回転軸２の潤滑油を兼ねており、軸封装置３の入口部３ａから導入され、軸封装置３の出口部３ｂから排出される。

回転電機１の軸封装置３に供給される密封油は主油タンク２１に貯蔵されている。ループシールタンク４は、排油入口部４ａ、排油出口部４ｂ、および脱気ガス入口部４ｃを備えている。このループシールタンク４は、軸封装置３より排出された密封油２２を一時滞留させるために設けられている。ループシールタンク４は、排油入口部４ａが軸封装置３の出口部３ｂと接続され、排油出口部４ｂが主油タンク２１の入口部２１ａと接続されている。密封油は、密封油供給配管５を通じて軸封装置３の入口部３ａに供給される。密封油供給配管６は、軸封装置３の出口部３ｂとループシールタンク４の排油入口部４ａとを接続している。密封油浄化タンク７は、密封油の油質を清浄にする機能を有しており、真空槽になっている。油面調整弁８は、密封油浄化タンク７の油面を一定に維持するために、密封油浄化タンク７の内部に取り付けられている。

脱気ポンプ１０は、絞り装置、分離羽根、インデューサー、主羽根車、真空ポンプを備えている。脱気ポンプ１０では、入口部１０ａの絞り装置を通して揚液を流入させると、液中に溶けている気体が減圧作用により析出し、気液混合体となってインデューサーに導かれる。この気液混合体は、インデューサーの回転により液体分は外周に押し付けられ、出口部１０ｂから排出される。同時に気体分は中央部に集積される。液体と気体の境界面では充分に高真空にさらされて液体中に残る気体も気泡となって析出してくる。この気体を、分離羽根を経由して真空ポンプで強力に引抜き脱気する。引抜かれた気体は、脱気ガス排出部１０ｃから排出される。気体中に液体が残存していても分離羽根により気液分離され液体は再びインデューサーの入口部に戻る。

脱気ポンプ１０は、入口部１０ａ、出口部１０ｂ、および脱気ガス排出部１０ｃを備えている。主油タンク２１は、入口部２１ａと出口部２１ｂを備えている。配管９は、主油タンク２１の出口部２１ｂと密封油浄化タンク７の入口部７ａとを接続していて、主油タンク２１より密封油供給装置３０の密封油浄化タンク７へ密封油（回転軸の潤滑油）を供給する。脱気ポンプ１０は、密封油浄化タンク７の出口部７ｂから密封油が流入する。脱気ポンプ１０は、脱気処理に遠心分離式脱気ポンプを使用することにより、密封油中に含まれる泡や空気を取り除くことができる。

圧力調整弁１１は、脱気ポンプ１０の出口圧力を一定に維持するために取り付けられている。差圧調整弁１２は、軸封装置３における油圧が、回転電機１の内部のガス圧よりも一定値だけ高くなるように制御している。エジェクタ１３Ａ（第１のエジェクタ）は、吸気口１３ａ、排気口１３ｂおよびエア注入口１３ｃを備えている。エジェクタ１３Ａは、脱気ポンプ１０で密封油から分離された空気を排出するために設けられている。エジェクタ１３Ａは、エア注入口１３ｃが脱気ポンプ１０の脱気ガス排出部１０ｃに接続され、脱気ポンプ１０の出口部１０ｂとループシールタンク４の脱気ガス入口部４ｃとの間に配設されている。

配管１４は、軸封装置３及びエジェクタ１３Ａへ供給する以外の密封油を脱気ポンプ１０の入口（入口部１０ａ）へ戻すために設けられている。配管１５は、エジェクタ１３Ａへ密封油を供給する。配管１６は、密封油浄化タンク７および脱気ポンプ１０から空気を排出するために設けられている。逆止弁１７Ａ（第１の逆止弁）は、配管１５の内部に逆流が生じることを防ぐために設けられている。配管１８は、エジェクタ１３Ａから排出される空気、密封油および水分をループシールタンク４へ戻すために、脱気ガス入口部４ｃに接続されている。配管１９は、ループシールタンク４の排油出口部４ｂから主油タンク２１へ密封油を戻すために設けられている。

次に軸封装置付き回転電機１００の動作について説明する。回転電機１の内部には水素ガスが封入され、この水素ガスは密封油回路を循環する密封油により密封されている。密封油２２は、主油タンク２１の出口部２１ｂより密封油供給装置３０の密封油浄化タンク７へ給油され、脱気ポンプ１０により押し出される。さらに、脱気ポンプ１０により押し出された密封油は、差圧調整弁１２により回転電機１の内部に封入されている水素ガスより一定値だけ高くなるように調整されている。圧力が調整された密封油は、密封油供給配管５を通り軸封装置３へ送られ、ループシールタンク４へ排油される。

密封油浄化タンク７に補給された密封油は、空気などを含んでいるため脱気が必要である。真空ポンプにより真空タンクを真空状態に保ち、密封油をタンク内に噴霧することにより、脱気しているシステムでは、大型の真空タンクが必要となり広い設置スペースが必要であった。一方、本願に係わる軸封装置付き回転電機１００では、脱気ポンプ１０を適用することにより、密封油を圧送すると同時に密封油中の空気を分離することができるため、真空タンクが不要となり、小型の密封油浄化タンク７を設置することができる。

脱気ポンプ１０で密封油から分離された空気を排出するために、脱気ポンプ１０は、エジェクタ１３Ａへ接続されている。エジェクタ１３Ａへの給油は脱気ポンプ１０により行う。脱気ポンプ１０により押し出された密封油は、軸封装置３（差圧調整弁１２）、脱気ポンプの入口部１０ａ（圧力調整弁１１）、及びエジェクタ１３Ａへ給油される。脱気ポンプ１０の出口圧力は圧力調整弁１１により一定に維持されているため、余剰分の密封油は脱気ポンプ１０の入口へ返油される。そのため、エジェクタ１３Ａに供給される油量は一定に維持され、常に一定の脱気能力が得られる。

上記の通り、本発明に係る軸封装置付き回転電機は、脱気ポンプ１０を適用することで真空ポンプ及び真空タンクを省くことができ、コスト削減や設置スペースを削減することができる。従って、本実施の形態に関わる回転電機の密封油供給装置は、水素ガスを密封した回転電機軸封部の軸封装置に密封油を供給する密封油供給回路を備えた回転電機の密封油供給装置において、機内の水素ガス濃度を保つために密封油を真空脱気する脱気ポンプを設けたことを特徴とする。

すなわち、本発明に係る軸封装置付き回転電機は、密封油の入口部と出口部を有する軸封装置が回転軸に装着されている回転電機と、回転電機の軸封装置に供給される密封油が貯蔵されている主油タンクと、入口部が主油タンクの出口部と接続され、油面調整弁を有している密封油浄化タンクと、入口部が密封油浄化タンクの出口部と接続されている脱気ポンプと、密封油浄化タンクの出口部と脱気ポンプの出口部との間に配設されている圧力調整弁と、脱気ポンプの出口部と軸封装置の入口部との間に配設されている差圧調整弁と、を備えている。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係わる軸封装置付き回転電機の全体構成を示している。昇圧ポンプ２０が、差圧調整弁１２と脱気ポンプ１０の出口部１０ｂとの間に配設されている。すなわち、脱気ポンプ１０の出口部１０ｂに昇圧ポンプ２０を直列に設置するものである。昇圧ポンプ２０を脱気ポンプ１０に直列に設置することにより、脱気ポンプ１０だけでは吐出圧力が不足する場合に密封油を昇圧して、密封油供給圧力を増大させることができる。

従って、本実施の形態に関わる回転電機の密封油供給装置は、水素ガスを密封した回転電機軸封部の軸封装置に密封油を供給する密封油供給回路を備えた回転電機の密封油供給装置において、機内の水素ガス濃度を保つために密封油を真空脱気する脱気ポンプに加えて昇圧ポンプを設けたことを特徴とする。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係わる軸封装置付き回転電機の全体構成を示している。エジェクタ１３Ｂ（第２のエジェクタ）が、エア注入口１３ｃが脱気ポンプ１０の脱気ガス排出部１０ｃに接続され、脱気ポンプ１０の出口部１０ｂとエジェクタ１３Ａ（第１のエジェクタ）との間に配設されている。逆止弁１７Ｂ（第２の逆止弁）は、配管１５の内部に逆流が生じることを防ぐために設けられている。本実施の形態は、エジェクタ１３を、配管１５に直列に２台設置するものである。エジェクタのエア注入口１３ｃを並列に接続することにより、エジェクタ１台では脱気能力が不足している場合に脱気能力を増大させることができる。

従って、本実施の形態に関わる回転電機の密封油供給装置は、水素ガスを密封した回転電機軸封部の軸封装置に密封油を供給する密封油供給回路を備えた回転電機の密封油供給装置において、機内の水素ガス濃度を保つために密封油を真空脱気する脱気ポンプを設けたことを特徴とし、複数台のエジェクタを設けたことを特徴とする。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 回転電機、２ 回転軸、３ 軸封装置、３ａ 入口部、３ｂ 出口部、４ ループシールタンク、４ａ 排油入口部、４ｂ 排油出口部、４ｃ 脱気ガス入口部、５ 密封油供給配管、６ 密封油供給配管、７ 密封油浄化タンク、７ａ 入口部、７ｂ 出口部、８ 油面調整弁、９ 配管、１０ 脱気ポンプ、１０ａ 入口部、１０ｂ 出口部、１０ｃ 脱気ガス排出部、１１ 圧力調整弁、１２ 差圧調整弁、１３ エジェクタ、１３Ａ エジェクタ、１３Ｂ エジェクタ、１３ａ 吸気口、１３ｂ 排気口、１３ｃ エア注入口、１４ 配管、１５ 配管、１６ 配管、１７Ａ 逆止弁、１７Ｂ 逆止弁、１８ 配管、１９ 配管、２０ 昇圧ポンプ、２１ 主油タンク、２１ａ 入口部、２１ｂ 出口部、３０ 密封油供給装置、１００ 軸封装置付き回転電機

Claims (5)

1. 密封油の入口部と出口部を有する軸封装置が回転軸に装着されている回転電機と、
   前記回転電機の軸封装置に供給される密封油が貯蔵されている主油タンクと、
   入口部が前記主油タンクの出口部と接続され、油面調整弁を有している密封油浄化タンクと、
   入口部が前記密封油浄化タンクの出口部と接続されている脱気ポンプと、
   前記密封油浄化タンクの出口部と前記脱気ポンプの出口部との間に配設されている圧力調整弁と、
   前記脱気ポンプの出口部と前記軸封装置の入口部との間に配設されている差圧調整弁と、を備えている軸封装置付き回転電機。
2. 排油入口部が前記軸封装置の出口部と接続され、排油出口部が前記主油タンクの入口部と接続されているループシールタンクを備えていることを特徴とする請求項１に記載の軸封装置付き回転電機。
3. エア注入口が前記脱気ポンプの脱気ガス排出部に接続され、前記脱気ポンプの出口部と前記ループシールタンクの脱気ガス入口部との間に配設されている第１のエジェクタを備えていることを特徴とする請求項２に記載の軸封装置付き回転電機。
4. 前記差圧調整弁と前記脱気ポンプの出口部との間に配設されている昇圧ポンプを備えていることを特徴とする請求項３に記載の軸封装置付き回転電機。
5. エア注入口が前記脱気ポンプの脱気ガス排出部に接続され、前記脱気ポンプの出口部と前記第１のエジェクタとの間に配設されている第２のエジェクタを備えていることを特徴とする請求項３に記載の軸封装置付き回転電機。
   

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