(57)【要約】【課題】開示するのは、水素冷却式発電機（１００）用のシールオイルフロートトラップ（１０７）バイパスを自動化するための解決策である。【解決手段】自動バイパスシステム（３００）は、水素冷却式発電機（１００）用のフロートトラップ（１０７）における既存の手動バイパスシステム（２００）に結合される。自動バイパスシステム（３００）は、少なくとも１つのソレノイド弁（３０２）と該ソレノイド弁（３０２）の開閉を制御する制御装置（１０５）とを含む。自動バイパスシステム（３００）はまた、手動弁（２０３）、オリフィス（３０１）及びリミットスイッチ（３０４）を含むことができる。制御装置（１０５）は、ソレノイド弁（３０２）を作動させて、シールオイルが排出されるのを可能にする。制御装置（１０５）はまた、水素冷却式発電機（１００）がパージされていることを知らせる通報アラーム（３０６）を備えることができる。【選択図】      図３
2010178616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素冷却式発電機（１００）と、
前記発電機（１００）に結合された手動バイパスシステム（２００）と、
前記手動バイパスシステム（２００）に結合された自動バイパスシステム（３００）と、
を含み、前記水素冷却式発電機（１００）が、
ロータ（１０３）と、
前記ロータ（１０３）を囲むケーシング（１０１）と、
前記ロータ（１０３）及びケーシング（１０１）間に設けられかつシールオイルを含むシール組立体と、
を含み、前記手動バイパスシステム（２００）が、
配管（２０１）の組と、
前記配管（２０１）の組内に設けられかつそれを通して前記シールオイルが排出されるのを可能にするように構成されたドレン開口部（２０４）と、
前記配管（２０１）の組と並列に作動連結されかつ前記ドレン開口部（２０４）を通しての前記シールオイルの排出を制御する手動弁（２０３）と、
を含み、前記自動バイパスシステム（３００）が、
前記配管（２０１）の組に対して作動連結されて、前記シールオイルが前記手動弁（２０３）をバイパスしかつ前記ドレン開口部（２０４）を通して排出されるのを可能にするソレノイド弁（３０２）と、
前記ソレノイド弁（３０２）の開閉を制御する制御装置（１０５）と、を含む、
システム。
【請求項２】
前記制御装置（１０５）が、前記水素冷却式発電機（１００）がパージされていることを知らせる通報アラーム（３０６）をさらに含む、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記ソレノイド弁（３０２）に結合されたリミットスイッチ（３０４）をさらに含み、
前記リミットスイッチ（３０４）が、前記制御装置（１０５）に対して前記ソレノイド弁（３０２）に関してのフィードバックを行なうように構成される、
請求項１または２記載のシステム。
【請求項４】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記配管（２０１）の組内に設けられかつ該配管（２０１）の組を通る前記シールオイルの流量を制御するように構成された少なくとも１つのオリフィス（３０１）をさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステム。
【請求項５】
前記ソレノイド弁（３０２）が、電気的手段、油圧手段又は空気圧手段の少なくとも１つによって作動される、請求項１乃至４のいずれか１項記載のシステム。
【請求項６】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記配管（２０１）の組と並列に作動連結されて、前記ドレン開口部（２０４）を通しての前記シールオイルの排出を制御するようになった手動弁（２０３）を含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載のシステム。
【請求項７】
水素冷却式発電機（１００）に結合された手動バイパスシステム（２００）と、
前記手動バイパスシステム（２００）に結合された自動バイパスシステム（３００）と、
を含み、前記手動バイパスシステム（２００）が、
前記水素冷却式発電機（１００）に連結されかつシールオイルが該水素冷却式発電機（１００）に結合されたシールオイル組立体（１０４）から排出されるのを可能にするように構成された配管（２０１）の組と、
前記配管（２０１）の組内に設けられかつそれを通して前記シールオイルが排出されるのを可能にするように構成されたドレン開口部（２０４）と、
前記配管（２０１）の組と並列に作動連結されかつ前記ドレン開口部（２０４）を通しての前記シールオイルの排出を制御する手動弁（２０３）と、
を含み、前記自動バイパスシステム（３００）が、
前記配管（２０１）の組に対して作動連結されて、前記シールオイルが前記手動弁（２０３）をバイパスしかつ前記ドレン開口部（２０４）を通して排出されるのを可能にするソレノイド弁（３０２）と、
前記ソレノイド弁（３０２）の開閉を制御する制御装置（１０５）と、を含む、
システム。
【請求項８】
前記制御装置（１０５）が、前記水素冷却式発電機（１００）がパージされていることを知らせる通報アラーム（３０６）をさらに含む、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記ソレノイド弁（３０２）に結合されたリミットスイッチ（３０４）をさらに含み、
前記リミットスイッチ（３０４）が、前記制御装置（１０５）に対して前記ソレノイド弁（３０２）に関してのフィードバックを行なうように構成される、
請求項７または８記載のシステム。
【請求項１０】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記配管（２０１）の組内に設けられかつ該配管（２０１）の組を通る前記シールオイルの流量を制御するように構成された少なくとも１つのオリフィス（３０１）をさらに含む、請求項７乃至９のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１１】
前記ソレノイド弁（３０２）が、電気的手段、油圧手段又は空気圧手段の少なくとも１つによって作動される、請求項７乃至１０のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１２】
前記自動バイパスシステム（３００）が、前記配管（２０１）の組と並列に作動連結されて、前記ドレン開口部を通しての前記シールオイルの排出を制御する手動弁（２０３）を含む、請求項７乃至１１のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には水素冷却式発電機に関し、より具体的には、水素冷却式発電機用の自動シールオイルバイパスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素（Ｈ２）ガスは、水素の低密度及び高熱伝達係数により出力密度を高めかつ高効率を維持する経済的な方法が得られるので、タービン発電機における有効な冷却媒体となる。図１に示すように、従来の方法では、固定及び回転構成要素間のシャフトシールシステム１０４により、Ｈ２ガスが発電機ケーシング１０１内に隔離される。シャフトシールシステム１０４内では、高圧シールオイルが、シールリングの組に流入しかつシール及びシャフト間で半径方向に流れる。発電機ケーシング１０１のＨ２圧力よりも高い圧力のシールオイルは、Ｈ２ガスと大気との間に安全かつ有効なシールをもたらす。
【０００３】
最新のシールオイルシステムでは、シールオイルのオペレータ開始バイパスのための手動弁装置をフロートトラップ１０７と並列に使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，５９３，１６３号公報
【特許文献２】米国特許第５，４７４，３０４号公報
【特許文献３】米国特許第５，１４７，０１５号公報
【特許文献４】米国特許第４，７９２，９１１号公報
【特許文献５】米国特許第４，０５８，３２０号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様は、システムを提供し、本システムは、水素冷却式発電機と、発電機に結合された手動バイパスシステムと、手動バイパスシステムに結合された自動バイパスシステムとを含み、水素冷却式発電機は、ロータと、ロータを囲むケーシングと、ロータ及びケーシング間に設けられかつシールオイルを含むシール組立体とを含み、手動バイパスシステムは、配管の組と、配管の組内に設けられかつそれを通してシールオイルが排出されるのを可能にするように構成されたドレン開口部と、配管の組と並列に作動連結されかつドレン開口部を通してのシールオイルの排出を制御する手動弁とを含み、また自動バイパスシステムは、配管の組に対して作動連結されてシールオイルが手動弁をバイパスしかつドレン開口部を通して排出されるのを可能にするソレノイド弁と、ソレノイド弁の開閉を制御する制御装置とを含む。
【０００６】
本発明の第２の態様は、システムを提供し、本システムは、水素冷却式発電機に結合された手動バイパスシステムと、手動バイパスシステムに結合された自動バイパスシステムとを含み、手動バイパスシステムは、水素冷却式発電機に連結されかつシールオイルが該水素冷却式発電機に結合されたシールオイル組立体から排出されるのを可能にするように構成された配管の組と、配管の組内に設けられかつそれを通してシールオイルが排出されるのを可能にするように構成されたドレン開口部と、配管の組と並列に作動連結されかつドレン開口部を通してのシールオイルの排出を制御する手動弁とを含み、また自動バイパスシステムは、配管の組に対して作動連結されてシールオイルが手動弁をバイパスしかつドレン開口部を通して排出されるのを可能にするソレノイド弁と、ソレノイド弁の開閉を制御する制御装置とを含む。
【０００７】
本発明のこれら及びその他の態様、利点及び顕著な特徴は、図面全体を通して同じ参照符号で同様の部品を示している添付図面と関連させて本発明の実施形態を開示している以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】水素冷却式発電機用の従来型のシールオイルフロートトラップドレンシステムの例示的な概略図。
【図２】シールオイルフロートトラップにおける既存の手動バイパス装置の概略図による実施例。
【図３】本発明の実施形態により既存の手動バイパス装置に付加した自動シールオイルバイパスシステムの概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
下記には、水素冷却式発電機に関連するその適用例を参照して、本発明の少なくとも１つの実施形態を説明している。本明細書で説明する解決策は、発電機内へのオイル吸込みを排除するようにシールオイルフロートトラップバイパスを自動化しかつオペレータの介入を最少化する方法である。この解決策は、既存の手動バイパスシステムに対して自動バイパスシステムを付加することを含む。自動バイパスシステムは、少なくとも１つのソレノイド弁とこの１つ又は複数のソレノイド弁を作動させる制御装置とを含む。自動バイパスシステムはさらに、手動弁、オリフィス及びリミットスイッチを含むことができる。自動化の使用により、バイパス作動時におけるオペレータの介入を最少化することができる。例えば、自動化は、手動弁を開くことを物理的に必要とする外部オペレータ（制御室オペレータに加えて）を有する必要性を排除することになる。さらに、自動シールオイルフロートトラップバイパスシステムの使用により、発電機故障時におけるガスタービンオペレータに加えての関連の収益損失並びにシールオイル吸込みが発生した場合における発電機清浄化と関連の費用の大幅な削減を得ることができる。
【００１０】
図面を参照すると、図１には、水素冷却式発電機１００用の従来型のシールオイルフロートトラップドレンシステムの例示的な概略図を示している。発電機ケーシング１０１は、該発電機ケーシング１０１とロータ１０３との間の空間１０２内におけるＨ２ガスによって加圧される。そのような発電機は一般的に、Ｈ２の進入（例えば、通常運転時）に先立って又は空気の進入時（例えば、内部の保守整備時又は運転停止時）に、不活性ガス（二酸化炭素ＣＯ２のような）でパージされる。発電機１００が空気内で運転しているか又はＨ２内で運転しているかのいずれにせよ、水素シール組立体１０４内のシールのようなシャフトシールは、発電機１００が運転している間は使用されて、ガス側１０２（ケーシング１０１内部の空間１０２内におけるＨ２ガス）と空気側１０６（シール１０４の外側の領域）とを分離する。空気内で運転している場合には、シャフトシール作用は、シール１０４にオイルを供給してそれらシール１０４の加熱を防止しかつロータ１０３の焼付きを防止するようにすることが必要である。Ｈ２内で運転している場合には、シャフトシール作用は、発電機ケーシング１０１内にＨ２を閉じ込めるようにすることが必要である。下記でより詳細に説明するように、シール１０４のための加圧オイルは、オイル貯蔵タンク１１０からシールオイル制御ユニット１０８に供給される。制御装置１０５もまた、発電機１００を制御するために設けることができる。制御装置１０５は、単一の別個の制御装置とするか又は別の発電機制御システムと組合せることができる。
【００１１】
図１に示すように、フロートトラップ１０７を使用して、高いＨ２圧力で運転している時にドレンオイルを用いてＨ２の喪失を防止することができる。フロートトラップ１０７は、シールオイル制御ユニット１０８とは別個になっており、かつ発電機１００に近接して取付けられる。最初にケーシング１０１にＨ２を充填する時に又はケーシング１０１からＨ２を排除した後であってかつ該ケーシング１０１を大気に開口する前に望ましくない水素−空気の混合を回避するのが望ましい。シールオイルは、軸受側１０６（すなわち、シールの外側の領域）及び発電機側１０２（すなわち、発電機ケーシング１０１の内側の領域）の両方に流れる。発電機側（ガス側）１０２からのオイル流れは、シールオイルドレン拡大タンク１０９のようなタンクに流入する。シールオイルは、シールオイルドレン拡大タンク１０９からフロートトラップ１０７に排出され、また該フロートトラップ１０７から貯蔵タンク１１０に戻って再循環するようになる。軸受（空気側）１０６からのオイル流れは、大気に通気された別個のデトレイニングタンク（図示せず）を通って流れ、オイルは、貯蔵タンク１１０に戻るように流れて再循環するようになることが可能である。貯蔵タンク１１０はまた、シールオイルを水素シールオイル制御ユニット１０８に供給することができる。図１に示すように、本システムは閉ループシステムであり、すなわち、シールオイルがシステム内で再循環されかつ再利用される。
【００１２】
本明細書で説明するように、発電機１００は、定期的に、例えば運転停止時に又は保守整備の間においてパージする必要がある。こうしたパージ時には、Ｈ２は排除され、空気が導入される。図１に示すように、フロートトラップ１０７は、ケーシング１０１内にＨ２を保持しながらシールオイルドレンを排出させる。通常パージ時には、発電機ガス圧力１０２は、通気することによって大気圧まで低下する。駆動ドレン力は、圧力及び重力の組合せである。圧力が低下すると、組合せ駆動力が、フロートトラップの充満を防止するのに充分なほど効果的に該フロートトラップを排出させることが最早できないような時点が生じる。現在は、手動バイパスシステム２００（図２に示す）には、フロートトラップ１０７を設けて、シールオイルが該フロートトラップ１０７をバイパスするのを可能にしかつフロートトラップのぞき窓内でオイルレベルを手動制御するのを可能にしている。こうした手動操作には、現場オペレータが必要である。
【００１３】
図２に示す手動バイパスシステム２００は、当技術分野では広く知られているフロートトラップ１０７のための例示的なバイパス装置である。この実施例では、手動バイパスシステム２００は、配管２０１、レベル指示器２０２、手動弁２０３及びドレン開口部２０４を含む。この手動システムでは、手動弁２０３は、通常運転時には閉じた状態を維持している。オペレータがシステムを手動で制御することを望む場合には、オペレータは、手動弁２０３を開いて、オイルが配管２０１を通ってドレン開口部２０４に流れるのを可能にする。レベル指示器２０２により、配管２０１内のオイルレベルがオペレータに示される。装置２０２が示すオイルレベルが、通常レベルに到達した場合には、オペレータは、手動弁２０３を手動で絞って所望のレベルを維持することができる。この手動システムの場合には、システムを排出させる必要があることをオペレータに対して知らせる警報又は指示は、全く存在しない。さらに、オペレータは、このシステムを手動で作動させることを行なわなければならない。
【００１４】
図３に示すように、本開示の実施形態による自動バイパス装置３００は、図２の既存の手動バイパス装置２００に対する幾つかの変更を含む。これらの変更について、下記により詳細に説明しかつ図３（既存の手動バイパスシステム２００及び自動バイパス追加システム３００を示す）に示している。
【００１５】
現在使用中のフロートトラップ配管装置の構成に応じて、配管装置を必要に応じて変更して、既存の手動バイパスシステム２００に対して自動バイパスシステム３００を連結することができる。図３に示すように、既存の装置を変更する１つの方法は、既存の配管２０１の一部を除去しかつＴ型継手又は同様の相互連結配管継手のような新しい継手を付加することである。次に、例えば付加的配管によって、配管２０１に対してソレノイド弁３０２を付加することができる。必要に応じて、オリフィス３０１、手動弁３０３、リミットスイッチ３０４などのような付加的ハードウェアもまた、設置することができる。図３には１つのみのソレノイド弁３０２を示しているが、付加的ソレノイド弁３０２を含むようにすることができる。そのような付加的ソレノイド弁３０２は、例えば本明細書で説明した単一のソレノイド弁３０２と同様に、オイルが配管２０１を通って流れるのを可能にするように作動することができる。ソレノイド弁３０２は、あらゆる公知の手段によって、例えば電気的に、油圧的に及び／又は空気圧的に作動させることができる。発電機１００の通常運転時には、ソレノイド弁３０２は、閉じた状態に保たれる。必要な場合、例えば発電機１００をパージさせる場合又はフロートトラップ１０７内のオイルレベルが事前設定限界値を超えた場合には、ソレノイド弁３０２が開いて、オイルは、オリフィス３０１を通って流れることが可能になる。オリフィス３０１は、それを通ってオイルが流れる開口部の寸法を変更することによって、配管２０１を通るオイルの流量を制御する。ここでも同様に、図３には１つのオリフィス３０１を示しているが、必要に応じて付加的オリフィス３０１を使用することができる。オイルは、配管２０１を通りまた手動停止弁３０３を通って既存の手動バイパスシステム内に流入し、かつドレン開口部２０４を通して流出し続ける。リミットスイッチ３０４は、制御装置１０５に対して、ソレノイド弁３０２の位置、例えば該ソレノイド弁３０２が開いた状態にあるか又は閉じた状態にあるかどうかを示すフィードバックを行なう。制御装置１０５は、発電機１００の制御装置とは別個のものとして示しているが、当技術分野で知られているようなその他の構成を利用することができる。例えば、制御装置１０５は、発電機１００用の制御装置の一部として解釈することができる。
【００１６】
既存の発電機制御装置ソフトウェアを変更するか又は新しい制御装置ソフトウェアを自動バイパスシステム３００のための制御装置１０５に付加して、例えば発電機パージ作業時に必要に応じて自動バイパスシステム３００を開始するようになったソレノイド弁３０２を作動させることができる。これらのソフトウェア変更は当業者には良く知られているので、制御装置ソフトウェアを変更する方法についての更なる説明は、行なわないことにする。
【００１７】
さらに、新しい通報アラーム３０６を制御ソフトウェアに付加して、発電機１００がパージされていることをオペレータに知らせることができる。ここでも同様に、上述したように、既存の制御装置ソフトウェアに対してこれらの変更を加えることができ、或いは自動バイパスシステム３００が独自の別個の制御装置にアクセスするようにすることができる。この自動通報アラームは、シールオイルフロートトラップ１０７を目視点検してソレノイド弁３０２の適切な作動を保証する外部オペレータによる支援を要求するように、制御室オペレータに注意喚起することができる。ソレノイド弁３０２が所望通りに作動しない場合には、手動バイパス弁３０３を開くように外部オペレータに依頼することができる。通報アラーム３０６はまた、手動バイパス弁３０３が閉じた又は通常の作動位置に戻るのを保証することを外部オペレータに知らせるように、制御室オペレータに注意喚起することができる。
【００１８】
本明細書における「第１の」、「第２の」などの用語は、何らの順序、数量又は重要度を表すものではなく、むしろ１つの要素を別の要素から区別するために使用しており、また本明細書における数詞を付していない表現は、数量の限定を表すものではなく、むしろ記載した事項の少なくとも１つが存在することを表している。数量と関連して使用する「約」と言う修飾語は、記述した数値を包含しかつ文脈によって決まる意図的意味を有する（例えば、特定の数量の測定に関連する誤差の程度を含む）。本明細書で使用する場合における「１つ又は複数の」という前置表現は、この表現が前置する用語のものの単数及び複数の両方を含み、従ってその用語のものの１つ又はそれ以上を含む（例えば、１つ又は複数の金属という表現は、１つ又はそれ以上の金属を含む）ことを意図している。
【００１９】
本明細書では、様々な実施形態について説明しているが、当業者にはそれら実施形態において様々な要素の組合せ、変更又は改良を行なうことができ、かつそれらの組合せ、変更又は改良もまた本発明の技術的範囲内にあることは、本明細書から分かるであろう。さらに、本発明の本質的な技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況又は要素を本発明の教示に適合させるように多くの修正を加えることができる。従って、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではないこと、また本発明は、特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことになることを意図している。
【符号の説明】
【００２０】
１００  水素冷却式発電機
１０１  発電機ケーシング
１０２  ガス側
１０３  ロータ
１０４  水素シール組立体
１０５  制御装置
１０６  軸受空気側
１０７  フロートトラップ
１０８  水素シールオイル制御ユニット
１０９  シールオイルドレン拡張タンク
１１０  貯蔵タンク
２００  手動バイパスシステム
２０１  配管
２０２  レベル指示器
２０３  手動弁
２０４  ドレン開口部
３００  自動バイパスシステム
３０１  オリフィス
３０３  手動バイパス手動弁
３０２  ソレノイド弁
３０４  リミットスイッチ
３０５  Ｔ型継手
３０６  通報アラーム
【図１】
2010178616.tif 000003
【図２】
2010178616.tif 000004
【図３】
2010178616.tif 000005