JP2018012098A - 工業用油脱ガスシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工業用油脱ガスシステムおよび工業用機械油からガスを除去する方法の提供。【解決手段】工業用油脱ガスシステム１および工業用機械油からガスを除去する方法。ガスが充填された油を受ける圧力下の圧力タンク４と、油からガスを分離する大気圧の分離タンク６と、分離タンク６から脱ガスされた油を受ける大気圧のシール油タンク８とを含む工業用油脱ガスシステム１。さらに、圧力を圧力タンク４に加えるステップと、油を圧力タンク４に供給するステップと、圧力タンク４から大気圧の分離タンク６に油を供給するステップと、分離タンク６の油からガスを分離するステップと、脱ガスされた油を大気圧のシール油タンク８に供給するステップとを含む油の工業用脱ガスのための方法。【選択図】図２

Description

本開示は、工業用油脱ガスシステムおよび工業用機械油からガスを除去する方法に関する。具体的には、本開示は、タービン発電機用のシール油からガスを除去する脱ガスシステムに関する。

工業分野では、ガスは、たとえば空気または水素によって機械を冷却するために使用されることが多い。冷却ガスに圧力が加えられることで、ガスは機械を通って移動する。ガスの漏れを防止するために、機械油、特にシール油を供給することができる。特に、公共グリッドのために高出力を発生するタービン発電機の分野では、タービン発電機の内側に水素圧力を維持するために、タービン発電機のシャフトの周りに油シールが設けられる。シャフト周りのシール油または油の薄膜は、水素ガスがタービン発電機から逃げるのを防止する。特定のシール油システムは、運転中のシール油の動作性を保証するように設計されている。これらのシール油システムは、タービン発電機のガス圧力よりわずかに高い油圧力を維持し、油温を維持し、油質を維持するように、いくつかの機能を満たさなければならない。シール油システムのさらなる機能は、ガス側の戻り油と空気側の戻り油を適切に分離し、油ミストを除去して、空気とガスの混合を防止し、爆発性環境の規制に従うことを含む。閉じ込められたガスまたは空気を除去するプロセスは、脱ガスと呼ばれる。この運転は、爆発性の混合物、水素と混合した空気を回避するために、２つの別々のタンクで行われる。さらに、タービン発電機の内側のシャフトに沿って油が流れるのを防止する。タービン発電機用の一般的なシール油システムまたは油脱ガスシステムは、タービン発電機の駆動端部から油を受ける脱ガスタンクと、非駆動端部から油を受ける別の脱ガスタンクと、大気に開口する脱ガスタンクと、上記３つのタンクから油を受ける真空タンクとを含む。このシール油システムはさらに、油から熱を除去するポンプ、冷却器または熱交換器と、ストレーナまたはフィルタとを含む。シール油システムは、タービン発電機からの水素ガスの漏れに対して必要なシールを提供する。潤滑油は、タービン発電機のシャフトに供給される。油圧力は、ガス圧力よりわずかに高く維持される。タービン発電機の内側のガス圧力の通常の値は、５バールであり、油圧力は、０．３〜０．５バール高い。油は、タービン発電機の駆動端部と非駆動端部の両方に供給され、シールリングの２つの側、空気側およびガス側に分けられる。駆動端部と非駆動端部の両方のガス側からの戻り油は、脱ガスタンクと呼ばれる２つの別々のタンクに収集される。これらの脱ガスタンクは、高い油圧力に耐える圧力タンクとして設計されている。駆動端部と非駆動端部の両方の空気側からの戻り油は、マニホールドされ、さらなるタンクに収集される。本技術の例のこの状態のさらなるタンクはまた、圧力容器として設計されており、残留空気を除去するために吸引ファンまたはポンプの助けにより負圧に維持される。真空を含み、ポンプによって一定の真空を維持するさらなるタンクが設けられる。前述の３つの脱ガスタンクからの油は、真空タンクに吸入される。油を脱ガスするシール油システムは、タンクの数、特に真空を提供するタンクの数に関連する材料にかなりのコストがかかる。

本発明の目的は、簡素化されコストのかからない油脱ガスシステムおよび油を工業的に脱ガスする方法を提供することである。この目的は、独立請求項に記載の油脱ガスシステムおよび油の工業用脱ガスのための方法の特徴によって解決される。

本発明のさらなる例は、従属請求項に開示される。

一例では、圧力タンクによって受けられた油は、タービン発電機の駆動端部入口およびタービン発電機の非駆動端部入口によって供給される。駆動端部および非駆動端部という用語は、タービン発電機のロータを意味し、当技術分野では一般的である。入口は、タービン発電機の油システムと接続されたチューブである。

さらなる例では、シール油タンクによって受けられた油は、駆動端部および非駆動端部のさらなる入口によって、圧力タンクの出口から供給される。さらなる入口は、空気を含み得る油をタービン発電機から供給する。圧力タンクの出口は、油に水素を本質的に含まないシール油タンクに油を供給する。

別の例では、圧力タンクは、接続された油ミストセパレータを有し、そこから油が圧力タンク内に滴下し、油ミストセパレータは、圧力タンクの内側の圧力を生成する少なくとも１つのファンを含む。

さらなる例では、圧力タンクは、圧力タンクへの異なる入口の圧力を減衰させるための有孔壁を収容する。

本発明の別の例では、温度制御弁によって制御される少なくとも１つの冷却器は、シール油タンク内の高温および低温油の混合を達成する。これにより、シール油タンクの温度差によって生じる不都合な影響は、回避される。

別の例では、脱ガス後の油を戻すためのパイプは、サイホンを備えている。パイプは、シール油タンクの後ろの流れ方向に存在する。サイホンは、脱ガスされた油を戻すためにタービン発電機に向かう油の流れを支持する。さらに、駆動端部入口は、これらの入口間の圧差の減衰を支持するために、サイホンによって非駆動端部入口と接続することができる。

さらなる例では、分離タンクは、脱ガスされる水素を含み、シール油タンクは、脱ガスされる空気を含む。分離タンクでは、主に水素が油から除去され、シール油タンクでは、主に空気が油から脱ガスされる。

さらなる特徴および利点は、添付の図面に非限定的な例として示される、油脱ガスシステムおよび油を脱ガスする方法の好ましいが非限定的な実施形態の記述からより明らかになるであろう。

タービン発電機の駆動端部および非駆動端部からのガスが充填された機械油を受ける圧力タンク、油からガスを除去する油ミストセパレータを有する分離タンク、および別の油ミストセパレータを有する大気圧のシール油タンクを有する工業用脱ガスシステムの一例のブロック図である。 追加の冷却器、温度制御弁、ストレーナ、およびシール油タンクに割り当てられた２つの制御弁を有する工業用脱ガスシステムの別の例のブロック図である。

図１は、ガスから機械油を浄化するために使用される工業用油脱ガスシステム１の一例のブロック図を示している。油脱ガスシステム１は、冷却ガスが工業用油を汚染する工業環境における用途のマニホールドに使用することができる。ここで、油脱ガスシステム１は、ガス冷却式タービン発電機２５との関連で説明される。タービン発電機２５を冷却するためのガスは、好ましくは水素である。ガスが逃げるのを防止して水素圧力を維持するために、タービン発電機２５のシャフトの周りには、特定のシール油または油が供給される。図１の右側の圧力タンク４は、タービン発電機２５からの、より正確には、タービン発電機２５の駆動端部および反対側の非駆動端部からのガスが充填されたシール油を受ける。圧力タンク４は、この環境の圧力より高い圧力を含む。シール油は、駆動端部入口２７および非駆動端部入口２９を介して圧力タンク４に導入される。２つの入口間に存在する可能性がある差圧は、無くされる。これは、たとえば圧力タンク４の内側の有孔壁によって圧力タンク４で行われる。必要に応じて、圧力タンク４は、駆動端部と非駆動端部の両方の戻りパイプまたはチューブを接続するサイホン（図示せず）を有して設計することができる。シール油は、圧力タンク４から、チューブを介して圧力タンク４の隣にある分離タンク６または静置タンクに供給される。分離タンク６の圧力は、圧力タンク４の圧力より低く、大気圧付近の圧力である。これは、両方のタンクが、圧力が生成され維持される圧力タンクとして設計されている一般的なシステムとの違いである。圧力タンク４から分離タンク６への油の移送は、圧差によってさらなる手段なしに達成される。圧力タンク４と分離タンク６との間の圧差によって、油は圧力タンク４に戻らない。さらに、必要に応じて、圧力タンク４および分離タンク６は、油の自然な流れを補うために高低差を持って配置することができる。分離タンク６には、油に溶存するガスを除去する油ミストセパレータ７が割り当てられる。油ミストセパレータ７は、油ミストセパレータ７の内側に小さな負圧を生成する少なくとも１つのファンを使用する公知のストレーナ式装置として設計することができる。分離タンク６および油ミストセパレータ７は、機能的に一体化している。脱ガスされた油は、分離タンク６からシール油タンク８に移送される。シール油タンク８は、一定時間タービン発電機２５で未使用の油を貯蔵する主タンクである。シール油タンク８は、圧力を含まないが、真空を含む一般的なタンクとは反対に、大気圧付近である。シール油タンク８から油が取り出されると、シール油タンク８には質量欠損が生じる。一定量の油が、シール油タンク８から連続的に取り出される。この量の油は、シール油タンク８から圧送されてタービン発電機２５のシャフトをシールするために必要とされる。シール油タンク８から取り出す通常の値は、毎分３６０〜６００リットルである。シール油タンク８および分離タンク６は同じ圧力であり、多量の油がシール油タンク８から取り出されるため、シール油タンク８の油レベルは低下する。この低下または質量欠損は、分離タンク６からシール油タンク８への油の強制的な流入を生じさせる。シール油タンク８と分離タンク６との間の質量バランスにより、分離タンク６からシール油タンク８に油が流入する。分離タンク６およびシール油タンク８は、同じ油レベルを維持する。油脱ガスシステム１に割り当てられたポンプ（図示せず）が運転中であり、油がタービン発電機２５に圧送される限り、油の逆流は不可能である。シール油タンク８の質量欠損は、分離タンク６からタービン発電機２５への迅速な油の流れを回避する。タービン発電機２５への直接的かつ迅速な油の流れは、タービン発電機２５に押し寄せるガスおよび油による汚染をもたらす。シール油タンク８には、油ミストセパレータ９がさらに割り当てられ、油からガスをさらに分離する。油ミストセパレータ９は、油ミストセパレータ９の内側に小さな負圧を生成する少なくとも１つのファンを使用する公知のストレーナ式装置として設計することができる。油ミストセパレータ９からは、脱ガスされた油が再びタービン発電機２５に供給される。

図２は、上記の例と同様の工業用油脱ガスシステム１の別の例のブロック図を示している。ここで、タービン発電機２５は、シャフト、駆動端部入口２７、およびタービン発電機２５の反対側の端部の非駆動端部入口２９を有して概略的な態様で示されている。さらなる入口３０は、駆動端部および非駆動端部からシール油タンク８に直接戻る油を供給する。入口３０からのこの戻り油は、ミスト、すなわち閉じ込められた気泡を有する油を含み得る。水素が充填された油は、駆動端部入口２７および非駆動端部入口２９を通って圧力タンク４に供給される。圧力タンク４は、内側に圧力を有する。圧力タンク４の主な機能は、駆動端部入口２７および非駆動端部入口２９から戻される油を収集し、これらの入口２７と２９の間の差圧を無くすことである。左側の駆動端部入口２７のチューブは、圧力タンク４に油を供給するために２つの経路に分割される。シール油を移送するチューブを表す矢印の線で示すように、圧力タンク４から油は分離タンク６に供給される。圧力タンク４は、分離タンク６より高い圧力を有する。分離タンク６には、シール油からのガスの分離を補助する油ミストセパレータ７が割り当てられる。分離タンク６は、数分間、少なくとも自然な油の脱ガスに必要とされる保持期間、油を保持する。脱ガスされた油は、分離タンク６から油ミストセパレータ７に導入される。ガス、特に水素は、油ミストセパレータ７から大気中に排出される。脱ガスされた油は、滴下導管１７を介して油ミストセパレータ７から分離タンク６に戻される。シール油は、破線で示すように、油ミストセパレータ７から分離タンク６内に滴下する。次に、脱ガスされた油は、分離タンク６からシール油を保存する主タンクであるシール油タンク８に流れる。分離タンク６からの油は、分離タンク６の底部から取り出され、そこでは脱ガスされた油の一部が収集される。シール油タンク８へのシール油の流れは、シール油を押し出す追加の手段なしに自然な流れによって発生する。分離タンク６とシール油タンク８を接続するパイプは、油連結部として機能する。このパイプは、一定量の油を含み、シール油タンク８からの空気が分離タンク６に流れないようにロック装置として作用する。油は、シール油タンク８内で数分間留まる。シール油タンク８は、圧力を有さないが大気圧を有する。シール油タンク８には、油からガスをさらに除去する油ミストセパレータ９が割り当てられる。ガス、特に空気は、油ミストセパレータ９から大気中に排出される。脱ガスされた油は、図２に破線で示すように、滴下導管１８を介してシール油タンク８に再度滴下する。シール油タンク８のシール油は、異なる温度を有する。主にこの理由ために、２つの冷却器１４がシール油タンク８に隣接して配置され、より高温のシール油を冷却する。冷却プロセスは、温度制御弁２２によって制御される。温度制御弁２２は、供給油の温度を一定温度、たとえば４５°Ｃに保つ。温度制御は、冷却器１４からの低温油とシール油タンク８からの暖かい油を混合することによって、温度制御弁２２によって行われる。シール油は、シール油タンク８からタービン発電機２５の駆動端部および非駆動端部に流れる。必要に応じて、再度流れる油は、シール油を濾過するストレーナ１９を通過する。ストレーナ１９からの油は、シール油タンク８に平行に並んで配置された２つの冗長制御弁１６を通って、駆動端部および分岐パイプに移送される。余分な油は、弁１６を通ってシール油タンク８に戻される。制御弁１６は、給油圧力を調整する。駆動端部および非駆動端部に供給された油は、制御弁１６によって約０．５バールの圧力に維持される。さらに必要に応じて、油を駆動端部および非駆動端部へ移送するパイプまたはチューブは、サイホンを備えている。油脱ガスシステム１の主要構成要素である圧力タンク４、分離タンク６、およびシール油タンク８は、異なる高さで配置することができる。そして、分離タンク６は、シール油タンク８より高い位置にあり、圧力タンク４は、分離タンク６より高い位置にある。このようにすることで、自然な流れが意図されるタンク４，６，８間での自然な流れを補う。圧力タンク４および分離タンク６からシール油タンク８への油の流入は、割り当てられたポンプによる油の圧送によって生じる質量バランスによるものである。

本発明をその例示的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、均等物を使用することができることは当業者には明らかであろう。本発明の好適な実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的で提示したものである。網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを意図しておらず、修正および変更は上記の教示を考慮して可能であり、または本発明の実施から得ることができる。実施形態は、本発明の原理およびその実際的な応用を説明し、それにより当業者が、本発明を、意図する特定の使用に適した様々な実施形態で利用することができるように選択および記載された。本発明の範囲は、本明細書に添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定義されることが意図される。

１ 工業用油脱ガスシステム
４ 圧力タンク
６ 分離タンク
７ 油ミストセパレータ
８ シール油タンク
９ 油ミストセパレータ
１４ 冷却器
１６ 冗長制御弁
１７ 滴下導管
１８ 滴下導管
１９ ストレーナ
２２ 温度制御弁
２５ ガス冷却式タービン発電機
２７ 駆動端部入口
２９ 非駆動端部入口
３０ 入口

Claims (12)

1. ガスが充填された油を受ける圧力下の圧力タンク（４）と、前記油からガスを分離する大気圧の分離タンク（６）と、前記分離タンク（６）から前記脱ガスされた油を受ける大気圧のシール油タンク（８）とを含む工業用油脱ガスシステム（１）。
2. 前記圧力タンク（４）によって受けられた前記油が、タービン発電機（２５）の駆動端部入口（２７）および前記タービン発電機（２５）の非駆動端部入口（２９）によって供給されることを特徴とする請求項１に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
3. 前記シール油タンク（８）によって受けられた前記油が、前記駆動端部および前記非駆動端部のさらなる入口（３０）によって、前記圧力タンク（４）の出口から供給されることを特徴とする請求項１または２に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
4. 前記圧力タンク（４）が、接続された油ミストセパレータ（７）を有し、そこから油が前記圧力タンク（４）内に滴下し、前記油ミストセパレータ（７）が、前記圧力タンク（４）の内側の圧力を生成する少なくとも１つのファンを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
5. 前記圧力タンク（４）が、前記圧力を減衰させるための有孔壁を収容することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
6. 温度制御弁（２２）によって制御される少なくとも１つの冷却器（１４）が、前記シール油タンク（８）内の高温および低温油の混合を達成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
7. 脱ガス後の前記油を戻すためのパイプが、サイホンを備えており、および／または前記駆動端部入口（２７）が、サイホンによって前記非駆動端部入口（２９）と接続されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
8. 前記分離タンク（６）が、脱ガスされる水素を含み、前記シール油タンク（８）が、脱ガスされる空気を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の工業用油脱ガスシステム（１）。
9. 油の工業用脱ガスのための方法であって、圧力を圧力タンク（４）に加えるステップと、前記油を前記圧力タンク（４）に供給するステップと、前記圧力タンク（４）から大気圧の分離タンク（６）に前記油を供給するステップと、前記分離タンク（６）の前記油からガスを分離するステップと、前記脱ガスされた油を大気圧のシール油タンク（８）に供給するステップとを含む方法。
10. タービン発電機（２５）の駆動端部入口（２７）および前記タービン発電機（２５）の非駆動端部入口（２９）によって前記圧力タンク（４）に前記油を供給するステップを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 油ミストセパレータ（７）から前記圧力タンク（４）内に油を滴下し、前記油ミストセパレータ（７）の少なくとも１つのファンによって前記圧力タンク（４）の内側に圧力を生成するステップを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 含まれる有孔壁によって前記圧力タンク（４）の前記圧力を減衰させるステップを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の方法。