JPH04339135A - Power generation equipment and method of reducing vibratory torque of same - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To minimize vibration occurring in the time when power generation units are operated in parallel in a power generation equipment juxtaposing a plurality of the power generation units of a reciprocating engine and a synchronous generator. CONSTITUTION:In a unit of combination of a synchronous generator with number of poles P=4 and a reciprocating engine with four-throw crank array, two such units are operated in parallel. Phase of the electrical angle is in agreement with phase of the two reciprocating engines, and vibration toques of the respective reciprocating engines are synthesize as T=2ToSin4omegat. In this case, the connection angle between the shaft of the engine and of the generator is deviated between the two units by theta=(2pi/M)X(1/N) (here, M is the number of engines, and N is an unbalanced torque order). Here, M=2, and N=2, so that pi=45 deg.. The composite torque thus becomes zero.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】本発明は、往復動機関と同期発電
機を複数組並設した発電装置に係り、特に各往復動機関
の発生する起振トルクの合成トルクを低減させるように
した発電装置に関するものである。[Industrial Application Field] The present invention relates to a power generation device in which a plurality of sets of reciprocating engines and synchronous generators are installed in parallel, and in particular, a power generation device that reduces the composite torque of the excitation torque generated by each reciprocating engine. It is related to the device.

【０００２】0002

【従来の技術】図５に示すように、ディーゼル機関等の
往復動機関１と同期発電機２とを連動連結した発電ユニ
ット３を、複数組並設した構成の発電装置４が知られて
いる。このような発電装置４においては、省スペースや
製造コスト低減等のねらいで、各発電ユニット３を共通
の基礎５上に設置することがある。また、このように基
礎５を共通にすれば、全体の基礎ボリュームが大きくな
り、往復動機関の運転に伴う振動を減少させる効果が期
待できるものとされていた。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 5, a power generation device 4 is known in which a plurality of power generation units 3 each including a reciprocating engine 1 such as a diesel engine and a synchronous generator 2 are arranged in parallel. . In such a power generation device 4, each power generation unit 3 may be installed on a common foundation 5 in order to save space and reduce manufacturing costs. Further, by making the foundation 5 common in this way, the overall foundation volume would increase, and it was believed that the effect of reducing vibrations associated with the operation of the reciprocating engine could be expected.

【０００３】0003

【発明が解決しようとする課題】複数の発電ユニット３
を並設した前記従来の発電装置４においては、振動減少
の効果が期待されていたにも拘らず、実際には機関の高
速化・高出力化・高回転化に伴って振動乃至起振力がむ
しろ増大してくるという問題があった。しかしながら、
その原因は不明であり、具体的な解決策は見出されては
いなかった。[Problem to be solved by the invention] Multiple power generation units 3
Although it was expected that the conventional power generation device 4, which is installed in parallel with The problem was that it was actually increasing. however,
The cause is unknown, and no specific solution has been found.

【０００４】本発明は、複数の発電ユニットを並設した
発電装置において、各発電ユニットを並列運転した場合
の振動を全体として低減させることを目的としている。[0004] An object of the present invention is to reduce vibrations as a whole when the power generating units are operated in parallel in a power generating apparatus in which a plurality of power generating units are installed in parallel.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の発電装置は、各
々の回転軸において連動連結された往復動機関と同期発
電機の組合せを複数組有し、前記各往復動機関が機械角
に合致した周期で起振トルクを発生するクランク配置を
有しており、前記各往復動機関と前記各同期発電機の各
回転軸の機械的な連結角度を前記各組間で所定角度づつ
ずらしたことを特徴としている。[Means for Solving the Problems] The power generation device of the present invention has a plurality of combinations of reciprocating engines and synchronous generators that are interlocked and connected at each rotating shaft, and each of the reciprocating engines matches a mechanical angle. and a crank arrangement that generates an excitation torque at a cycle of 100 to 100 ms, and the mechanical connection angle of each rotating shaft of each reciprocating engine and each synchronous generator is shifted by a predetermined angle between each set. It is characterized by

【０００６】本発明に係る発電装置の起振トルク低減法
は、往復動機関と同期発電機の組を複数組備えた発電装
置において、前記同期発電機が発生する電気の周波数と
同じ周波数の起振トルクを前記往復動機関が発生する場
合に、前記往復動機関と前記同期発電機の各回転軸の機
械的な連結角度が前記各組間で所定角度づつずれるよう
に調整することを特徴としている。[0006] The method for reducing the excitation torque of a power generation device according to the present invention is that in a power generation device equipped with a plurality of sets of a reciprocating engine and a synchronous generator, an excitation torque of the same frequency as the frequency of electricity generated by the synchronous generator is used. When vibration torque is generated by the reciprocating engine, the mechanical connection angles of the rotating shafts of the reciprocating engine and the synchronous generator are adjusted so that they are shifted by a predetermined angle between each set. There is.

【０００７】[0007]

【実施例】本発明者等は、従来の発電装置における振動
の原因を究明した。その結果、前記発電装置において複
数台の往復動機関の起振トルクが同一位相となって合成
され、大きな振動となる条件を見出した。そして、この
ような条件が成立する場合に、各ユニットの起振トルク
が減殺されるような方法を案出した。[Example] The present inventors have investigated the cause of vibration in a conventional power generator. As a result, we found a condition in which the excitation torques of a plurality of reciprocating engines are combined in the same phase in the power generator, resulting in large vibrations. Then, we devised a method in which the vibration torque of each unit is reduced when such conditions are met.

【０００８】一般に同期発電機を含む発電機の電機子巻
線に誘起する交流電圧の周波数ｆ〔Ｈｚ〕と、回転子（
界磁巻線）の回転数ｎ〔ｒｐｍ〕と、回転子の磁極数Ｐ
との間には、次の関係がある。 　　ｆ＝Ｐｎ／１２０　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…　　（１）
In general, the frequency f [Hz] of the alternating current voltage induced in the armature winding of a generator including a synchronous generator and the rotor (
The rotation speed n [rpm] of the field winding) and the number of magnetic poles P of the rotor
There is the following relationship between: f=Pn/120
... (1)

【０００９】即ち、ある電機子巻線の下を界磁Ｎｆ　極
が通過して、次の界磁Ｎｆ　極が通過する間に、電機子
巻線には１サイクル分の交流電圧が誘起される。従って
、磁極数Ｐの発電機では、回転子が１回転する間に電機
子に誘起される交流電圧はＰ／２サイクルとなり、回転
数ｎ〔ｒｐｍ〕で運転される発電機では、 （Ｐ／２）×（ｎ／６０）＝Ｐｎ／１２０（Ｐｎ／１２
０）サイクルの交流電圧が発電されることになる。That is, while a field Nf pole passes under a certain armature winding and the next field Nf pole passes, one cycle of alternating current voltage is induced in the armature winding. . Therefore, in a generator with the number of magnetic poles P, the AC voltage induced in the armature during one rotation of the rotor is P/2 cycles, and in a generator operated at a rotation speed n [rpm], (P/ 2)×(n/60)=Pn/120(Pn/12
0) cycle of alternating voltage will be generated.

【００１０】発電機の電機子巻線に対しては、１サイク
ルの電圧が発生する角度を３６０°とし、これを電気角
θｅと定義する。即ち、１サイクルの電圧が発生する際
に、クランク軸又は発電機軸が実際に回転する機械的角
度（機械角θｍ）を、前記電気角θｅの２πと定める。 従って次式（２）が成り立つ。 　　θｅ＝（Ｐ／２）θｍ，θｍ＝（２／Ｐ）θｅ　　
　　　　　　　　…（２）For the armature winding of a generator, the angle at which one cycle of voltage is generated is 360°, and this is defined as the electrical angle θe. That is, the mechanical angle (mechanical angle θm) at which the crankshaft or generator shaft actually rotates when one cycle of voltage is generated is defined as 2π of the electrical angle θe. Therefore, the following equation (2) holds true. θe=(P/2)θm, θm=(2/P)θe
...(2)

【００１１】図１に、５０Ｈ
ｚ又は６０Ｈｚの周波数を得る場合に必要な回転数ｎを
各極数Ｐごとに示し、さらに各極数Ｐごとに電気角３６
０°に対する機械角θｍを示した。In FIG. 1, 50H
The rotation speed n required to obtain a frequency of z or 60Hz is shown for each number of poles P, and the electrical angle 36
The mechanical angle θm with respect to 0° is shown.

【００１２】さて、同期発電機における電気角の位相と
、往復動機関におけるシリンダの作動の位相とが一致す
ると、並列運転している複数の発電ユニットにおいては
、各往復動機関がそれぞれ発生している起振トルクの位
相が一致し、同期発電装置全体としてはこれらが合成さ
れて大きな起振トルクを生じてしまう。Now, when the phase of the electrical angle in the synchronous generator and the phase of the cylinder operation in the reciprocating engine match, in the plural power generation units operating in parallel, each reciprocating engine generates electricity. The phases of the excitation torques coincide with each other, and these are combined to produce a large excitation torque in the entire synchronous power generation device.

【００１３】即ち、同期発電機が発生する電圧の電気角
に対し、往復動機関の着火が常に同じ位相で生じると、
複数の往復動機関がそれぞれ発生している起振トルクは
位相が一致してしまい、これらは合成されて大きな起振
トルクになってしまうのである。That is, if the ignition of the reciprocating engine always occurs in the same phase with respect to the electrical angle of the voltage generated by the synchronous generator,
The excitation torques generated by the plurality of reciprocating engines are in phase with each other, and these are combined into a large excitation torque.

【００１４】往復動機関の作動の位相と、発電機の電気
角の位相が一致するのは、往復動機関が機械角θｍに合
致した着火タイミングのクランク配列を有している場合
のみである。このようなクランク配列を図１の表中に示
した。The operating phase of the reciprocating engine matches the electrical angle phase of the generator only when the reciprocating engine has a crank arrangement with an ignition timing that matches the mechanical angle θm. Such a crank arrangement is shown in the table of FIG.

【００１５】即ち、機械角θｍが１８０°の場合には、
４スローの往復動機関であり、この場合には問題となる
不平衡トルク次数Ｎは２である。同様にθｍ＝１２０°
では６スローでＮ＝３、θｍ＝９０°では４スロー又は
８スローでＮ＝４である。That is, when the mechanical angle θm is 180°,
This is a 4-throw reciprocating engine, and in this case, the unbalanced torque order N that becomes a problem is 2. Similarly, θm=120°
Then, N=3 for 6 throws, and N=4 for 4 throws or 8 throws when θm=90°.

【００１６】このように、ある極数Ｐの同期発電機と、
あるクランク配置の往復動機関とを組合せて駆動すると
、電気角に対して常に一定の位相でピストンが往復動し
、電気の位相と振動の位相が一致する。従って、このよ
うな発電ユニットを複数台並べて並列運転すると、振動
が合成されて大きくなってしまうのである。In this way, a synchronous generator with a certain number of poles P,
When driven in combination with a reciprocating engine with a certain crank arrangement, the piston always reciprocates at a constant phase relative to the electrical angle, and the electrical phase and vibration phase match. Therefore, when a plurality of such power generation units are arranged and operated in parallel, the vibrations are combined and become larger.

【００１７】本発明者等は、以上説明したような発電装
置における振動の原因に関する知見に基づき、これを低
減させるために、往復動機関と同期発電機の回転軸の連
結角度を、並設されている各発電ユニットごとに標準位
置から所定角度づつずらす手法を案出した。[0017] Based on the knowledge of the causes of vibration in the power generating device as described above, the present inventors have determined that the connection angles of the rotating shafts of the reciprocating engine and the synchronous generator are arranged in parallel in order to reduce this vibration. We devised a method to shift each power generation unit by a predetermined angle from the standard position.

【００１８】（１）例１ 図２に示すように、１６シリンダ（８スロー）、７５０
ｒｐｍの往復動機関を用いて同期発電機を駆動し、５０
Ｈｚの電圧を得る発電ユニット１０が、同一の基礎１１
上に２台設置された発電装置１２において、各ユニット
１０，１０が並列運転されている場合を考える。(1) Example 1 As shown in FIG. 2, 16 cylinders (8 throws), 750
A synchronous generator is driven using a reciprocating engine of 50 rpm.
A power generation unit 10 that obtains a voltage of Hz is installed on the same foundation 11.
Consider a case in which two power generating apparatuses 12 are installed above each unit 10 and 10 are operated in parallel.

【００１９】図２に示すように４次の変動トルクが基礎
１１に作用している。この場合、合成トルクＴは、Ｔ＝
２Ｔｏｓｉｎ　４ωｔ どちらか一方の発電ユニット１０において、往復動機関
の回転軸と同期発電機の回転軸との連結位置を標準位置
から４５°どちらかに回して連結する。As shown in FIG. 2, a fourth-order fluctuating torque acts on the foundation 11. In this case, the resultant torque T is T=
2Tosin 4ωt In either of the power generation units 10, the rotation shaft of the reciprocating engine and the rotation shaft of the synchronous generator are connected by turning the connection position by 45° from the standard position.

【００２０】クランクが４５°回転する時間Δｔ及びω
を次のようにおくと、合成トルクＴは［数１］に示す式
のようになる。[0020] Time for the crank to rotate 45° Δt and ω
When set as follows, the resultant torque T becomes as shown in the formula shown in [Equation 1].

【００２１】[0021]

【数１】[Math 1]

【００２２】即ち、各発電ユニット１０，１０が発生す
る起振トルクは図３に示すようになり、完全に釣り合っ
て全体としてはＴ＝０となる。That is, the excitation torques generated by each power generating unit 10, 10 are as shown in FIG. 3, and are completely balanced, resulting in T=0 as a whole.

【００２３】（２）例２ 図４に示すように、例１と同一の発電ユニット１０を同
一の基礎１３上に３台並設した発電装置１４を並列運転
する場合を考える。(2) Example 2 As shown in FIG. 4, a case will be considered in which a power generating apparatus 14 in which three power generating units 10 identical to those in Example 1 are installed in parallel on the same foundation 13 is operated in parallel.

【００２４】この場合の合成トルクＴは、Ｔ＝３Ｔｏｓ
ｉｎ　４ωｔ 前記回転軸の連結位置を、■の発電ユニット１０は標準
位置から＋３０°ずらし、■の発電ユニット１０は標準
位置のままとし、■の発電ユニット１０は標準位置から
−３０°ずらし、それぞれ連結する。例１と同様に計算
すると、合成トルクＴは［　数２］　に示す式のように
なる。[0024] The resultant torque T in this case is T=3Tos
in 4ωt The connection positions of the rotating shafts are shifted by +30° from the standard position for the power generation unit 10 in ■, left at the standard position for the power generation unit 10 in ■, and -30° for the power generation unit 10 in ■, respectively. Link. When calculated in the same manner as in Example 1, the resultant torque T becomes as shown in the expression [Equation 2].

【００２５】[0025]

【数２】[Math 2]

【００２６】即ち、各発電ユニット１０が発生する起振
トルクは完全に釣り合って全体としてはＴ＝０となる。That is, the excitation torques generated by each power generation unit 10 are perfectly balanced and T=0 as a whole.

【００２７】以上示した例からもわかるように、往復動
機関の台数をＭ、不平衡力次数をＮとすると、起振トル
クを釣り合せるために機関と発電機の前記連結位置をず
らすべき角度θは次式のようになる。 θ＝（２π／Ｍ）×（１／Ｎ）As can be seen from the example shown above, if the number of reciprocating engines is M and the order of unbalanced force is N, then the angle at which the connection position of the engine and generator should be shifted in order to balance the excitation torque is θ is as shown in the following equation. θ=(2π/M)×(1/N)

【００２８】上式に従って前記連結位置を調整すれば、
例１，２に示したように起振トルクを完全に釣り合せる
ことができるが、必ずしも上記角度θに一致しなくても
よい。例えば、前記回転軸の連結に用いるカップリング
のボルト間角度で近いものを利用しても、相応のトルク
低減効果を得ることができる。[0028] If the connection position is adjusted according to the above formula,
Although the excitation torques can be perfectly balanced as shown in Examples 1 and 2, they do not necessarily have to match the angle θ. For example, even if the angle between the bolts of the coupling used to connect the rotating shaft is similar, a corresponding torque reduction effect can be obtained.

【００２９】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、機械角に合致したクラ
ンク配置の往復動機関と同期発電機の組合せを複数組有
する発電装置において、往復動機関と同期発電機の回転
軸の連結角度を各組間で所定角度づつずらしたので、各
往復動機関がそれぞれ発生する起振トルクの位相がずれ
、その合成トルクが低減されるという効果がある。According to the present invention, in a power generation device having a plurality of combinations of reciprocating engines and synchronous generators with crank arrangements that match mechanical angles, the connection angle between the rotating shafts of the reciprocating engines and the synchronous generators can be Since each set is shifted by a predetermined angle, the phases of the excitation torques generated by each reciprocating engine are shifted, and the resultant torque is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図１】同期発電機の極数Ｐに対応する回転数ｎ、機械
角θｍ及び各機械角θｍに合致するクランク配列を示す
表図である。FIG. 1 is a table showing a rotation speed n corresponding to the number of poles P of a synchronous generator, a mechanical angle θm, and a crank arrangement that matches each mechanical angle θm.

【図２】２台の発電ユニットを有する発電装置において
、同位相の起振トルクが生じている状態を示す図である
。FIG. 2 is a diagram showing a state in which excitation torques of the same phase are generated in a power generation device having two power generation units.

【図３】図２において、両ユニットの連結角度を４５°
ずらした場合の起振トルクを示す図である。[Figure 3] In Figure 2, the connection angle of both units is 45°.
It is a figure which shows the excitation torque in the case of shifting.

【図４】３台の発電ユニットを有する発電装置において
、同位相の起振トルクが生じている状態を示す図である
。FIG. 4 is a diagram showing a state in which excitation torques of the same phase are generated in a power generation device having three power generation units.

【図５】共通の基礎上に設置された２台の発電ユニット
からなる発電装置の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a power generation device consisting of two power generation units installed on a common foundation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０，１２　　発電装置 10,12 Power generation equipment

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　各々の回転軸において連動連結された
往復動機関と同期発電機の組合せを複数組有し、前記各
往復動機関が機械角に合致した周期で起振トルクを発生
するクランク配置を有しており、前記各往復動機関と前
記各同期発電機の各回転軸の機械的な連結角度を前記各
組間で所定角度づつずらしたことを特徴とする発電装置
。1. A crank arrangement comprising a plurality of combinations of reciprocating engines and synchronous generators interlocked and connected on each rotating shaft, and each reciprocating engine generates excitation torque at a period matching a mechanical angle. 2. A power generating device comprising: a mechanical connection angle between each rotating shaft of each reciprocating engine and each synchronous generator is shifted by a predetermined angle between each set. 【請求項２】　　往復動機関と同期発電機の組を複数組
備えた発電装置において、前記同期発電機が発生する電
気の周波数と同じ周波数の起振トルクを前記往復動機関
が発生する場合に、前記往復動機関と前記同期発電機の
各回転軸の機械的な連結角度が前記各組間で所定角度づ
つずれるように調整することを特徴とする発電装置の起
振トルク低減法。2. In a power generation device including a plurality of sets of a reciprocating engine and a synchronous generator, when the reciprocating engine generates an excitation torque having the same frequency as the frequency of electricity generated by the synchronous generator, . A method for reducing excitation torque of a power generating apparatus, characterized in that the mechanical connection angles of the rotating shafts of the reciprocating engine and the synchronous generator are adjusted so that they are shifted by a predetermined angle between the sets.