JP4443210B2 - タービン発電機 - Google Patents

Description

本発明は、タービン発電機に関し、特には回転子に設けられている冷却ガス通路形成用の仕切り板の取付構造に関する。

一般に、タービン発電機は固定子の内部に回転子が回転自在に設けられているが、運転中は回転子の回転に伴って回転子コイルが発電電流によって発熱するため、効率良く発電を継続する上で回転子コイルを冷却することが必要になる。

そこで、従来のタービン発電機においては、その回転子として図５（ａ），（ｂ）に示すような構成を備えたものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来のタービン発電機における回転子は、回転子軸２の径方向外方に円筒状の回転子コイル３が配置され、この回転子コイル３の内周面と回転子軸２との間には周方向に複数枚（本例では４枚）の冷却ガス通路形成用の仕切り板７が介在されている。また、この回転子コイル３の外側にはコイル保持環４が設けられている。また、回転子コイル３の軸方向の一端部にはエンドリング５が設けられている。

上記の回転子軸２には、エンドリング５の取り付け箇所から所定距離Ｌ２だけ離れた位置に送風用のファン６が設けられている。また、回転子軸２には、各仕切り板７に対応させて、軸方向に沿ってファン６の近傍位置から回転子コイル３の装着部分の略終端に至る位置まで延びる差込溝２ａが形成されており、各差込溝２ａ内に仕切り板７の内側端部が嵌入され、また各仕切り板７の外側端部は回転子コイル３の内周面に当接している。これによって、周方向において互いに隣り合う一対の仕切り板７で挟まれた箇所には軸方向に沿う冷却ガスの排気通路が確保されている。

また、エンドリング５には、周方向に沿って隣り合う一対の差込溝２ａを跨ぐようにしてサポート８が取り付けられており、これらのサポート８によって各仕切り板７の軸方向の移動が規制されている。

このように構成されたタービン発電機においては、回転子軸２の回転によってファン６が回転し、これに伴って固定子や回転子が収容された図示しないケーシング内に封入された水素ガス等の冷却ガスがサポート８同士の間に位置するガス導入口から回転子軸２と回転子コイル３との間の隙間内に導入される。そして、この冷却ガスはさらに回転子コイル３の内部もしくは、両側面部に導入されて回転子コイル３で発生される熱を奪い、その後、周方向において互いに隣り合う一対の仕切り板７で挟まれた排気通路を通ってコイル保持環４の外方の空間内に放出される。

特許２７６３２６９号公報

ところで、図５（ａ），（ｂ）に示した従来構成のタービン発電機において、上記の仕切り板７を組み付ける際には、サポート８を取り外した状態で仕切り板７を差込溝２ａ内に嵌入してから、仕切り板７を差込溝２ａに沿って押し出してエンドリング５の下方を通って回転子軸２と回転子コイル３の間に挿入する。

したがって、従来構成のものでは、エンドリング５とファン６との間の距離Ｌ２は、仕切り板７の長手方向の寸法以上の長さを確保することが必要になり、結果的に回転子軸２全体の軸長が長くなっている。

そして、このように回転子軸２の軸長が長くなると、その分、タービン発電機の全体が大型化するとともに、コストアップの要因となり、さらには、回転子の回転に伴う振動も大きくなって信頼性を損なうといった不具合を生じる。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、回転子軸の長さを従来よりも短縮化できるようにして、装置全体の小型化および製作費のコストダウンを可能とし、かつ、従来よりも信頼性の高いタービン発電機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、固定子の内部に回転子が回転自在に設けられ、この回転子は、回転子軸の径方向外方に回転子コイルが配置されるとともに、上記回転子コイルの内周面と上記回転子軸との間には周方向に複数枚の冷却ガス通路形成用の仕切り板が介在され、これらの周方向において互いに隣合う上記仕切り板で挟まれた箇所には軸方向に沿って回転子コイル冷却用の冷却通路が形成されており、また上記回転子軸には回転子コイルから所定距離だけ離れた位置に送風用のファンが設けられているタービン発電機において、次の構成を採用している。

すなわち、本発明において、上記仕切り板は、径方向において内側部材と外側部材とに分割されており、これらの内側部材と外側部材の少なくとも一方の部材はさらに軸方向において複数の部材に分割されて構成されていることを特徴としている。

本発明のタービン発電機によれば、仕切り板が上下に分割されているので、仕切り板を構成する各部材を起立したときの高さが低背化され、さらに分割された上下の各部材の少なくとも一方は軸方向に分割されているので短尺化される。このため、ファンと回転子コイルとの間の距離が、仕切り板を構成する各部材の内で最も長尺な部材の長手方向寸法より短くても、各部材を回転子コイルと回転子軸との間に容易に挿入することができる。

これにより、回転子軸の長さを従来よりも短縮化することが可能になり、その結果、装置全体の小型化および製作費のコストダウンを図ることができる。しかも、回転子軸が短くなる分、回転子の回転に伴う振動も従来より小さくなるので、高い信頼性のものが得られる。

実施の形態１．
図１（ａ）はこの実施の形態１におけるタービン発電機の回転子の構成を示す縦断面図、図１（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図である。

この実施の形態１のタービン発電機は、図示しない固定子の内部に回転自在に設けられた回転子１を備える。この回転子１は、回転子軸２の径方向外方に回転子コイル３が配置されている。そして、この回転子コイル３の内周面と回転子軸２との間には周方向に複数枚（本例では４枚）の冷却ガス通路形成用の仕切り板７が介在されている。また、この回転子コイル３の外側にはコイル保持環４が設けられている。また、回転子コイル３の軸方向の一端部にはエンドリング５が設けられている。

上記の回転子軸２には、エンドリング５の取り付け箇所から所定距離Ｌ１だけ離れた位置に送風用のファン６が設けられている。また、回転子軸２には、各仕切り板７に対応させて軸方向に沿ってファン６の近傍位置から回転子コイル３の装着部分の略終端に至る位置まで延びる差込溝２ａが形成されており、各差込溝２ａ内に仕切り板７の内側端部が嵌入され、各仕切り板７の外側端部は回転子コイル３の内周面に当接している。これによって、周方向において互いに隣り合う一対の仕切り板７で挟まれた部分に冷却ガスの排気通路が確保されている。

また、エンドリング５には、周方向に沿って隣り合う一対の差込溝２ａを跨ぐようにしてサポート８が取り付けられており、これらのサポート８によって各仕切り板７の軸方向の移動が規制されている。

この実施の形態１の特徴は、上記の仕切り板７が径方向において内側部材７１と外側部材７２とに２分割されており、さらに外側部材７２は軸方向において前後一対の部材７２ａ，７２ｂに分割されて構成されていることである。

上記構成において、仕切り板７を回転子コイル３と回転子軸２との間に装着するには、図２に示すように、まず、サポート８を取り外した状態にしておいてから、内側部材７１をその板厚方向が上下方向と一致するように倒した状態にし、かつ内側部材７１全体を傾斜した状態でエンドリング５と回転子軸２との間の隙間内に挿入する。そして、内側部材７１が回転子コイル３と回転子軸２との間の隙間内に挿入されると、内側部材７１を起立してその下端部を差込溝２ａ内に嵌入する。

こうして、内側部材７１が回転子コイル３と回転子軸２との間に介在されると、エンドリング５と回転子軸２との間には空間的な余裕がなくなるが、外側部材７２は、前後２つの部材７２ａ，７２ｂに分割されていて各部材７２ａ，７２ｂは内側部材７１よりも短尺であるので、各部材７２ａ，７２ｂを回転子コイル３と内側部材７１と間の隙間内に容易に挿入することができる。

このようにして、回転子コイル３と回転子軸２との間に内側部材７１と前後の各部材７２ａ，７２ｂからなる外側部材７２を装着して仕切り板７を構成すると、次に、サポート８をエンドリング５にネジ等によって固定する。これにより、各仕切り板７の軸方向の移動がサポート８によって規制される。また、周方向において互いに隣り合う一対の仕切り板７で挟まれた箇所には軸方向に沿って冷却ガスの排気通路が確保されることになる。

以上のように、この実施の形態１のタービン発電機によれば、エンドリング５とファン６との間の距離Ｌ１が、仕切り板７を構成する各部材７１，７２ａ，７２ｂの内で最も長尺な部材（ここでは内側部材７１）の長手方向寸法より短くても、各部材７１，７２ａ，７２ｂを回転子コイル３と回転子軸２との間に容易に挿入することができ、また、内側部材７１を差込溝２ａ内に嵌入することができるので、回転子軸２の長さを従来よりも短縮できる。このため、装置全体の小型化および製作費のコストダウンを図ることができる。しかも、回転子軸２の軸長が短くなる分、回転子１の回転に伴う振動も従来より小さくなるので、高い信頼性のものが得られる。

実施の形態２．
図３（ａ）はタービン発電機の回転子の構成を示す縦断面図、図３（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図であり、図１（ａ），（ｂ）に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２のタービン発電機の特徴は、回転子１の仕切り板７を構成する内側部材７１において、外側部材７２との対向部分の厚みが上側部材７２を構成する各部材７２ａ，７２ｂの厚みよりも肉厚になるように設定されており、その肉厚部分に長手方向に沿って外側部材７２の嵌入用の係止溝７１ｃが形成されていることである。

これにより、仕切り板７を回転子コイル３と回転子軸２との間に装着する際、内側部材７１を差込溝２ａ内に嵌入してから、外側部材７２を構成する前後の各部材７２ａ，７２ｂを内側部材７１の上部の係止溝７１ｃ内に嵌入すれば、上側の各７２ａ，７２ｂが内側部材７１に確実に係止されて内側部材７１から不意に外れることがなくなるので、外側部材７２の取り付け状態が安定する。

実施の形態３．
図４（ａ）はこの実施の形態３におけるタービン発電機の回転子の構成を示す縦断面図、図４（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図であり、図１（ａ），（ｂ）に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３におけるタービン発電機の特徴は、回転子１の仕切り板７を構成する外側部材７２において、この外側部材７２を構成する各部材７２ａ，７２ｂの内側部材７１と対向する部分の厚みが内側部材７１の厚みよりも肉厚になるように設定されており、その肉厚部分に長手方向に沿って内側部材７１が嵌入される係止溝７２ｃが形成されていることである。

これにより、仕切り板７を回転子コイル３と回転子軸２との間に装着する際、内側部材７１を差込溝２ａ内に嵌入してから、外側部材７２を構成する前後の各部材７２ａ，７２ｂに形成されている係止溝７２ｃを内側部材７１に嵌入すれば、上側の各部材７２ａ，７２ｂが内側部材７１から不意に外れることがなくなるので、外側部材７２の取り付け状態が安定する。

なお、上記の実施の形態１〜３では、外側部材７２を前後の部材７２ａ，７２ｂに２分割したが、さらに細かく前後に分割した構成とすることも可能である。また、上記の実施の形態１〜３では、外側部材７２のみを前後に２分割して内側部材７１は分割せずに単一のものとしている。しかし、内側部材７１についても軸方向に沿って前後に分割した構成とすることが可能である。このようにすれば、外側部材７２のみならず内側部材７３もその構成部分が短尺化されるので、エンドリング５とファン６との間の距離Ｌ１をさらに短くでき、タービン発電機の小型化およびコストダウンを一層促進することができる。

本発明の実施の形態１におけるタービン発電機の回転子の構成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図である。 本発明の実施の形態１におけるタービン発電機の回転子において、仕切り板の装着手順を説明するための縦断面図である。 本発明の実施の形態２におけるタービン発電機の回転子の構成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図である。 本発明の実施の形態３におけるタービン発電機の回転子の構成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図である。 従来のタービン発電機の回転子の構成を示すもので、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は同回転子において回転子軸に仕切り板を取り付けた状態の一部を示す横断面図である。

符号の説明

１ 回転子、２ 回転子軸、２ａ 差込溝、３ 回転子コイル、５ エンドリング、
６ ファン、７ 仕切り板、７１ 内側部材、７１ｃ 係止溝、７２ 外側部材、
７２ａ，７２ｂ 部材、７２ｃ 係止溝。

Claims (3)

1. 固定子の内部に回転子が回転自在に設けられ、この回転子は、回転子軸の径方向外方に回転子コイルが配置されるとともに、上記回転子コイルの内周面と上記回転子軸との間には周方向に複数枚の冷却ガス通路形成用の仕切り板が介在され、これらの周方向において互いに隣合う上記仕切り板で挟まれた箇所には軸方向に沿って回転子コイル冷却用の冷却通路が形成されており、また上記回転子軸には回転子コイルから所定距離だけ離れた位置に送風用のファンが設けられているタービン発電機において、
   上記仕切り板は、径方向において内側部材と外側部材とに分割されており、これらの内側部材と外側部材の少なくとも一方の部材は、さらに軸方向において複数の部材に分割されて構成されていることを特徴とするタービン発電機。
2. 上記の内側部材は、上記外側部材に対向する部分の厚みが上記外側部材の厚みよりも肉厚になるように設定されるとともに、その肉厚部分には長手方向に沿って上記外側部材が嵌入される係止溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のタービン発電機。
3. 上記の外側部材は、上記内側部材に対向する部分の厚みが上記内側部材の厚みよりも肉厚になるように設定されるとともに、その肉厚部分には長手方向に沿って上記内側部材が嵌入される係止溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載のタービン発電機。

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