JPH0118244B2

JPH0118244B2 -

Info

Publication number: JPH0118244B2
Application number: JP14580480A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Ootahara; Akihisa Sakamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1980-10-20
Publication date: 1989-04-05
Also published as: JPS5770907A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は密閉式タービン軸受の潤滑装置に係
り、特に緊急時にも軸受に対して確実に給油する
潤滑装置に関する。

回転機械において、ロータを支える軸受部に潤
滑材となる潤滑油を送り、安全な運転を確保する
ことはきわめて重要なことである。潤滑油を送る
ためには、油ポンプが必要であるが、この油ポン
プは、回転機械の回転軸に直結した回転軸駆動の
ものと、別配置となる電動機駆動のものとがあ
る。尚回転軸直結の油ポンプであつても回転機停
止時の回転数降下時には、電動機駆動のポンプが
必要となる。したがつて、電動機の電源が何らか
の事故で遮断されてしまつた場合、回転機械を緊
急停止すると共に、あらかじめ準備されたバツク
アツプ電源によつて、バツクアツプ用の電動機駆
動油ポンプを動かし、回転機械が完全に停止する
まで軸受に潤滑油を供給して、機械の安全停止を
確保することが行なわれている。このとき、通常
の電源は、交流電源として一般動力用の電源を用
い、バツクアツプ電源としては、バツテリーもし
くは、急速起動の可能なデイーゼルエンジンで駆
動される発電機の電源を用いている。

第１図は、従来技術によるタービンの潤滑油系
統を示すものである。１は油タンク（潤滑材溜
め）であり、潤滑油はこの中に溜められる。この
油タンク１の容量は油タンク１に戻つてきた油の
内部にまき込んだ気泡が十分消えてから主油ポン
プ２に吸引されるよう、５分〜10分程度タンク中
に潤滑油が滞留できるように設定される。油タン
ク１中の潤滑油は、主オイルポンプ２によつてタ
ービン７の軸受６へ送りこまれる。軸受６にいく
前に、まず、油クーラ４を通り、適切な油温とな
るよう冷却される。次に、潤滑油フイルタ５を通
して、潤滑油中のごみをとり、軸受部へごみが流
れ込んで損傷を与えることを防止する。このよう
にして、潤滑油はタービン７の軸受６へ送られ
る。主油ポンプ２の吐出圧が高くなりすぎると、
潤滑油配管及び油クーラ４の内圧が設計値をこえ
て危険であるから設計圧力以上に上昇しないよ
う、主油ポンプ２の吐出側と油タンク１の入口側
に連通する配管を設け、この配管に安全弁８を設
置している。即ち、圧力が設計値以上に上ると安
全弁８が開いて、油タンク１に油を戻してしま
う。また、軸受６に送る潤滑油の圧力も軸受部雰
囲気圧力に対し一定圧力だけ高くしておくことが
重要である。なぜなら、軸受部に流れる流量は、
軸受部雰囲気圧力と給油圧力との圧力差の平方根
に比例するため、給油圧力が必要以上に上ると潤
滑油量が流れすぎ、また給油圧力が下りすぎると
必要な量の潤滑油が流れない。そこで圧力調整弁
９が設けられている。圧力調整弁９の上流側の圧
力が上ると弁を絞り、圧力が下ると弁を開け、圧
力調整弁９下流の圧力、即ち、軸受６への給油圧
力を一定とする。勿論主油ポンプ２の吐出圧が、
ほぼ一定とみられるタービンの場合は、この圧力
調整弁９のかわりに、オリフイスで絞ることとし
たり、あるいは、主油ポンプ２の吐出圧がそのま
まで十分適当な値であるときには何も設けない場
合もある。バツクアツプ油ポンプ３は、主油ポン
プ２と並列に入れておき、主油ポンプ２が何らか
の原因で停止した場合、その吐出圧の低下を圧力
スイツチ１０で検知して、起動スイツチ１１を作
動させてバツクアツプ油ポンプ３を起動する。主
油ポンプ２が突然停止するのは、主油ポンプ２の
電源を喪失する場合がほとんどであるから、バツ
クアツプ油ポンプ３の電源は主油ポンプ２の電源
とは別な電源としておく。蒸気あるいは水を用い
る蒸気タービン、水タービンあるいは燃焼ガスを
用いるガスタービンにおいては、タービンはラビ
リンスタイプパツキング、あるいはメカニカルシ
ールでシールされ、軸受部は大気と通じている
か、もしくは、軸受箱の中に設置された軸受では
空気抽出器により大気圧よりわずかに負圧となつ
ている。したがつてこの軸受部雰囲気圧力は主油
ポンプ２の運転・停止、いいかえれば、一般動力
用電源の喪失にかかわらずほぼ一定である。した
がつて、主油ポンプ２の吐出圧に対し、バツクア
ツプ油ポンプ３の吐出圧は同等か、もしくは、軸
受焼付きを防止するために必要な最小限の油を送
るに足るものであればよい。

排熱回収プラントにおける、フロン等の外部に
リークさせることを極力防止すべき媒体を用いる
タービンで、以上の従来技術による潤滑油装置を
用いると、重大な問題が発生する。それを以下に
述べる。

排熱回収プラントとは、工場などで蒸気や高温
ガスを用いて、比較的高温のまま排出する場合、
排出煙突などにボイラを用い、フロンなどの熱媒
体をもつてその熱を回収し、有効利用するもので
ある。熱回収して気化した、フロンなどの熱媒体
はタービンに導かれてタービンを駆動し、凝縮器
で、冷却媒体（海水や淡水など水が多い）で冷却
されて液化し、また排熱回収ボイラーに戻る。

第２図は、フロンを用いてタービンを駆動す
る、排熱回収プラントの一例である。フロン蒸気
は、流量制御弁１４を経て、タービン７Ａ内で仕
事をし、タービン７Ａを駆動する。排気は凝縮器
１５で冷却されて凝縮する。このフロンの凝縮に
より、タービン排気圧が下げられ、タービン入口
圧との圧力差で、フロンはタービン７Ａを流れる
わけである。冷却は、冷却水ポンプ１６で供給さ
れる冷却水でなされる。フロン液は、フロンポン
プ１７で熱交換器１９で熱を吸収し、気化して蒸
気となつて、流量制御弁１４へ導かれる。流量制
御弁１４は、速度制御器１３によつて、タービン
速度の要求値からの偏差で開閉する。これによ
り、タービン速度が制御される。このプラントの
例では、排ガス等の熱源からの熱回収は一度油で
行なつて、その高温になつた油とフロンとを、更
に熱交換器１９で熱交換する。熱交換して、温度
の下つた油は、油ポンプ１８により排熱回収ボイ
ラー２０へ送られ、熱源から熱を吸収し、温度が
上ると熱交換器１９でフロンを熱し、フロン蒸気
を発生させる。フロンをタービン７Ａを動かす作
動媒体とするのは、フロンの沸点は比較的低く、
たとえば工場の煙突などの排熱を利用して蒸気
（200℃〜300℃で真圧蒸気となる）をつくること
ができ、排熱の有効利用が可能なためである。こ
のタービン７Ａでは、シール２２でタービン内か
らのフロンリークを防止し、その外に軸受６をお
いている。

このシール２２にはメカニカルシールとラビリ
ンス型シールがある。リーク量はメカニカルシー
ルの方が少ないが、軸径が100mmをこえるように
なると、メカニカルシールでも十分にリークを防
止することは困難である。シールの問題は回転す
るロータが、静止体であるタービンケーシングか
ら外に出ているためにできるのであるから、ロー
タをも含めてタービンカバー２１で完全に囲い、
密封することにより、このフロンリークの問題を
根本から解決することができる。

この場合、何らかの原因で冷却水ポンプ１６が
停止すると、冷却水を喪失するため、凝縮器１５
にてフロンが凝縮できず、このため、タービン内
圧力が上昇し、タービンカバー２１により密閉さ
れているため、シール２２を通じて、タービンカ
バー２１内の圧力も上昇する。こうなると、ター
ビン７Ａを緊急停止することになるがタービン７
Ａが完全に停止するまでは、軸受６へタービンケ
ーシング内の圧力を上回る圧力で潤滑油を給油し
てやらねばならない。

冷却水ポンプ１６が停止する原因として、通常
最も多いのは、冷却水ポンプ１６を駆動している
モータの電源が地絡等で断たれることである。こ
の電源は、主油ポンプ２の電源とも共通であるの
が従来の例であるから、バツクアツプ油ポンプ３
を起動して潤滑油を送ることになる。前述の理由
から、この油ポンプ３の吐出圧は、主油ポンプ２
の吐出圧と違つてタービンカバー２１内圧力に対
し、給油圧力を加えた吐出圧を持たなければなら
ない。

この対策としては、バツクアツプ油ポンプ３の
吐出圧を予め高く設定しておくことが考えられ
る。しかし、この場合、潤滑油配管は軸受に至る
まで、バツクアツプ油ポンプ３吐出圧にあわせた
ものとし、主油ポンプ２の吐出口につながる配管
とは全く別にしなければならない。なぜならば、
第１図にて示すごとく、この主油ポンプ２吐出口
につながる配管は過度の圧力上昇を防ぐために、
安全弁・圧力調整弁９等がついているからであ
る。このように、油配管を二系統設けることは、
配管費用を増加させるだけでなく、軸受が二つの
給油配管を組み入れられる大きさにしなければな
らないという欠点がある。またバツクアツプ油ポ
ンプ３が起動した際、直ちに油が軸受６内へ送り
こまれるよう、バツクアツプ油ポンプ３の停止・
待機中も配管内に油を充満しておかねばならない
不都合がある。更にこの配管内に空洞が残つてい
ると、油の供給が遅れ、また、油と同時に気泡を
軸受６に送つてしまうという問題がある。

本発明は上記欠点を改善し、最も単純なシステ
ムで、給油圧力上昇能力を持つ潤滑油装置を提供
することを目的とするものである。

本発明の特徴は軸受に潤滑材を循環せしめる系
統と、この系統に設けた主ポンプ装置と、主ポン
プ装置の吸込側系統に設けた潤滑材溜めと、主ポ
ンプ装置の吐出側系統に設けた逆止弁及び圧力調
整弁とよりなる密閉式タービン軸受の潤滑材循環
系統において、前記主ポンプ装置をバイパスする
バイパス系統に設けた補助ポンプ装置と、補助ポ
ンプ装置の吐出側系統に設けた逆止弁と、電源遮
断時補助ポンプ装置を駆動する検知装置と、圧力
調整弁をバイパスするバイパス系統と、このバイ
パス系統に設けかつ電源遮断時作動するバイパス
弁とよりなる密閉式タービン軸受の潤滑装置にあ
る。

次に本発明の一実施例を第３図によつて説明す
る。３１は主ポンプ装置となる主油ポンプ３２の
吸込側配管５１に設けた油タンク、３３は主油ポ
ンプ３２の吐出側配管５２に設けた逆止弁、３４
は潤滑材となる潤滑油を冷却する油クーラ、３５
は潤滑油中のごみを取除くフイルター、３６は密
閉式のタービン３７を支持する軸受、３８は軸受
３６への給油圧力を一定にする圧力調整弁、３９
は主油ポンプ３２の吐出側を油タンク３１の入口
側を連通する配管５３に設けた安全弁、４０はタ
ービン３７の凝縮器で、この凝縮器４０にはター
ビン３７の排気を凝縮するため冷却水ポンプ５９
により冷却水が送られる。４１は主油ポンプ３２
をバイパスする配管５４に設けた補助ポンプ装置
となる歯車式のバツクアツプ油ポンプで、このバ
ツクアツプ油ポンプ４１の容量は主油ポンプ３２
と同等かもしくは軸受３６の焼付きを防止するた
めに必要な最少限の容量を有している。４２はバ
ツクアツプ油ポンプ４１の吐出側配管５４に設け
た逆止弁、４３は凝縮器４０に設けたタービン３
７の排気上昇圧力を検知する圧力スイツチ、４４
はタービン３７の圧力が急上昇すると圧力調整弁
３８が全閉するのでこの圧力調整弁３８をバイパ
スする配管５５に設けた開閉作動のバイパス弁、
４５はバツクアツプ油ポンプ４１の吐出側と吸込
側をつなぐ試験配管５６に設けた開閉作動の圧力
逃し弁であり、この圧力逃し弁４５と上記安全弁
３９は同じ圧力で作動するように設定されてい
る。４６は前記試験配管５６に設けた止め弁、４
７は主油ポンプ３２の吐出低下圧力を検知する圧
力スイツチで、この圧力スイツチ４７あるいは圧
力スイツチ４３の信号で起動スイツチ４８を開閉
作動し、これによつてバツクアツプ油ポンプ４１
を作動する。４９は圧力スイツチ４３の信号で作
動する空気弁であり、空気弁４９の作動でこの系
統５７に連らなるバイパス弁４４及び止め弁４６
を作動する。５０は軸受３６をバイパスする配管
５８に設けた高圧逃し弁である。すなわち従来の
安全弁（第１図の８）に相当するものである。

次に電源遮断によるバツクアツプ油ポンプ４１
の起動について説明する。

まず、電源が同一で主油ポンプ３２と凝縮器４
０の冷却水ポンプ５９が同時に停止した場合は、
主油ポンプ３２の吐出圧力が低下し、凝縮器４０
の圧力が上昇する。この圧力変化を圧力スイツチ
４７または圧力スイツチ４３で検知して空気弁４
９を開放し、配管５５のバイパス弁４４を開、テ
スト配管５６の止め弁４６を閉に夫々作動する。
同時に起動スイツチ４８を介してバツクアツプ油
ポンプ４１を作動し、潤滑油を配管５５を経由し
てタービン３７の軸受３６に給油する。

また、主油ポンプ３２と冷却水ポンプ５９の電
源が別であり、冷却水ポンプ５９のみが停止した
場合は凝縮器４０の圧力が上昇する。この圧力上
昇を圧力スイツチ４３で検知し、以下上記と同様
に空気弁４９、バイパス弁４４、止め弁４６、バ
ツクアツプ油ポンプ４１を作動して主油ポンプ３
２と共に軸受３６に給油する。

更に、主油ポンプ３２と冷却水ポンプ５９の電
源が別で、主油ポンプ３２のみが停止した場合は
主油ポンプ３２の吐出圧力が低下する。この圧力
低下を圧力スイツチ４７で検知し、上記と同様に
空気弁４９、バイパス弁４４、止め弁４６、バツ
クアツプ油ポンプ４１を作動して軸受３６に給油
する。

次にバツクアツプ油ポンプ４１の吐出圧上昇に
ついて説明する。このバツクアツプ油ポンプ４１
には大きな圧力変化に対し吐出圧変化の小さい歯
車式ポンプを使用しており、第４図のポンプ特性
を有している。この図から明らかなように吐出圧
即ちタービン３７（第３図参照）の圧力が上昇
し、軸受３６に開口している配管５２の圧力が通
常吐出圧力Ａより緊急時最大圧力Ｂまで上昇して
もその流量Ｃをほとんど低下させることなく軸受
３６に給油できる。このポンプ特性はピストン式
ポンプでも得られる。

本実施例では歯車式ポンプを用いたが遠心式ポ
ンプを用いると第５図に示すようなポンプ特性に
なる。この図より明らかな如く通常運転時の通常
吐出圧力Ａのときは問題ないが、タービン３７の
圧力が上昇すると緊急最大圧力Ｂに達する以前に
吐出流量C′が減少し、零になる。したがつてこの
遠心式ポンプを用いる場合には、これらの作用を
考慮し容量の大きいものを使用する必要がある。

次に、第３図に戻りバツクアツプ油ポンプ４１
の試験作動について説明する。バツクアツプ油ポ
ンプ４１は、非常時確実に作動しなければならな
いため、通常運転中に定期的に試験する必要があ
る。今、主油ポンプ３２の運転中にバツクアツプ
油ポンプ４１を駆動すると油はテスト配管５６を
流れ、圧力逃し弁４５よりバツクアツプ油ポンプ
４１の吸込側に戻す。

尚、主油ポンプ３２の吐出圧力が所定以上に上
昇すると安全弁３９が開いて配管５３より油タン
ク３１に油を戻し、圧力を吸収する。

同様にタービン３７の圧力が異常に上昇し、軸
受３６から圧力調整弁３８間の配管５２内圧力が
昇常に上昇すると高圧逃し弁５０が開き、油タン
ク３１で圧力を吸収して安全性を確保する。

また、本実施例では主油ポンプ３２の吐出圧力
と凝縮器の圧力を検知してバツクアツプ油ポンプ
４１を作動したが、これら圧力検知に限らず、直
接電源遮断を検知してもよいことは勿論である。
以上種々述べてきたが、要するに従来技術の安全
弁８（第１図）の場合は圧力調整弁９により軸受
６の供給油の圧力が決定されるので、安全弁８の
圧力だけ上げておいても異常時には軸受部雰囲気
圧力が上りもともと供給されなくなるのでたとえ
安全弁８の圧力を上げておいても無意味に等し
い。

本発明に於いては第３図のバイパス弁４４が異
常時に開いて圧力の高い油を圧力調整弁３８をバ
イパスして流すためこれに対応して高圧逃し弁５
０を設定しておくので異常時に於いても油タンク
への流れを阻止することが出来る。この異常時の
圧力を超えて圧力上昇した場は高圧逃し弁５０が
作動するようにしている。即ちバイパス弁４４の
機能とタイアツプして高圧逃し弁５０が用をなし
ているのである。

本発明によれば、設備費を増大することなく緊
急時タービンの軸受に確実に給油が行なえ、その
効果は極めて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタービン軸受の潤滑装置を示す
系統図、第２図は排熱回収プラントを説明する系
統図、第３図は本発明密閉式タービン軸受装置の
一実施例を示す系統図、第４図は歯車式ポンプの
性能特性図、第５図は遠心式ポンプの性能特性図
である。３１……油タンク、３２……主油ポンプ、３３
……逆止弁、３６……軸受、３７……タービン、
３８……圧力調整弁、４１……バツクアツプ油ポ
ンプ、４２……逆止弁、４３……圧力スイツチ、
４４……バイパス弁、４５……圧力逃し弁、４６
……止め弁、４７……圧力スイツチ、４９……起
動スイツチ、５０……高圧逃し弁、５４，５５…
…配管、５６……テスト配管、５８……配管。

Claims

【特許請求の範囲】

１軸受に潤滑材を循環せしめる系統と、この系
統に設けられた主ポンプ装置と、この主ポンプ装
置の吸込側系統に設けられた潤滑材溜めと、主ポ
ンプ装置の吐出側系統に設けられた圧力調整弁
と、主ポンプ装置をバイパスするバイパス系統に
設けられた補助ポンプ装置と、前記主ポンプ装置
駆動用の電源が遮断した時補助ポンプ装置を駆動
する検知装置とを備えた密閉式タービン軸受の潤
滑装置において、前記圧力調整弁と並列にこの圧
力調整弁をバイパスするバイパス系統を設けると
ともに、このバイパス系統にタービン内圧急上昇
時に開となるバイパス弁を設け、かつ前記圧力調
整弁の軸受側の系統と前記潤滑材溜めとの間に、
高圧逃し弁を設けたことを特徴とする密閉式ター
ビン軸受の潤滑装置。