JPS5936131Y2 - 液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は冷却液を回転子に循環させてこれを冷却する
液冷回転手形回転電機、特にその冷却液の導出入装置に
関するものである。

周知のように、回転電機にあってその単機容量を増大す
るには、温度上昇をいかに抑えるか、つ捷り幼果的な冷
却をいかに実現するかにかかつている。

換言すれば、回転電機の容量はその温度上昇すなわち冷
却性能により決するといっても過言ではない。

他方、回転電機のうちの発電機、特にタービン発電機は
発電所建設の動車化の点から１す捷すその単機容量の増
大が必要となってきている。

ところで、これ昔でタービン発電機の冷却には水素ガス
を循環する冷却方式が採用され、単機容量の増大が実現
されてきたが、すでに限界ともいえる状態にあり、水素
ガス冷却では現在以上の飛躍的な容量の増大が期待でき
ない。

そこで別の冷却方式の実用化が強く車重れるところであ
る。

この要求に応えるには、冷却媒体として水素ガスに代え
て冷却効率の良い冷却流体例えば水を利用することが考
えられる。

この考えのもとに、固定子に冷却液を循環させてこれを
冷却することはすでに提案され、実現されているが、こ
れを発展させ首尾よく回転子に寸で冷却液を循環させる
ことができれば、冷却効果を飛躍的に増大させることが
できる。

ところが、タービン発電機を例にとった場合、回転子は
通常毎分３．６００回転（６０Ｈｚ）もの高速度で回転
して釦す、かかる高速回転体にいかにして冷却液を導入
し、かつこれを導出するかが実現のための最大の問題で
あり、これが液冷回転手形回転電機の普及を阻害してき
た。

第１図は従来考えられた液冷回転子の冷却液導出入装置
を示す図であり、１は送給ポンプ（図示せず）を介して
冷却液例えば純水が供給される入口管である。

冷却液として純水が用いられるのは次の理由による。

冷却液は後述のように各管内及び回転子コイル内を循環
せられるものであるから、もしかかる冷却液として不純
物の混入した水を用いた場合、その不純物のため各管及
び回転子コイルが腐蝕することになり、このため何等の
不純物をも含オない純水を用いることが車重しいわけで
ある。

２は開口部２ａを有しこの開口部を介して上記入口管１
からの冷却液を受は入れる円管状の流入管であり、その
中空内部２ｂは冷却液の流入路となる。

３は上記流入管２の周囲に所定の間隙を釦いて設けられ
た円管状の流出管であり、流入管２との間の間隙３ｂは
冷却液の流出路となる。

３ａはこの流出管３の一端に設けられた開口部であり、
この開口部を介して冷却液が排出される。

なむ３ｃはこの開口端面である。

ところで上記流出管３と流入管２は第２図のように一体
に結合されて給排管４を構成する。

即ち第２図に鮫いて、２ｃは流入管２の外周にこれと一
体に形成された複数個（図は６個の場合を示す）の突出
片であり、この突出片２ｃは流出管３との間のスペーサ
となって流入管２と流出管３とを一体に結合すると共に
両管２，３の補強の役目を兼ねている。

この突出片２ｃを有した流入管２と流出管３とは例えば
焼ばめ等により堅固に一体結合され、給排管４を構成す
る。

４ａはこの給排管４の終端に形成されたフランジ、５ば
このフランジと密着し例えばボルト（図示せず）などに
より結合されるフランジ５ａを有した回転電機の回転子
軸であり、この回転子軸にはいう昔でもなく回転子コイ
ル（図示せず）が装着されている。

昔たこの回転子軸５には図から明らかなように、上記給
排管４の流入路２ｂ及び流出路３ｂはそれぞれ連通する
流入路５ｂと流出路５ｃとが設けられ、流入路５ｂから
送給された冷却液は回転子コイルを循環したのち流出路
５ｃに排出されるようになっている。

なお図中の矢印は冷却液の流れを示すものであるが、上
記のように回転子コイルを循環冷却した後、流出路５ｃ
、３ｂを経由して流出管３の開口部３ａから排出される
。

６１はこの開口部３ａからの排出液を受は入れるための
第１の出口室であり、冷却液（純水）が大気と接触して
汚染されるのを防止するため常に冷却液が充満状態を保
つように構成されている。

７１はこの第１の出口室の冷却液を導出するための第１
の出口管であり、この第１の出口管から導出された冷却
液は上記のように大気と接触せず汚染されていないから
、熱交換器（図示せず）等により温度を下げた後送給ポ
ンプ（図示せず）を介して再び入口管１に送給され、再
循環に供される。

８１は入口管１内から冷却液が第１の出口室６１に漏れ
るのを抑えるための第１のラビリンスシールであり、回
転部と固定部との間の漏液を皆無にすることが不可能で
あることから、専ら漏れをいかに少なく抑えるかの努力
が払われる。

この漏液は上記のように第１の出口管７１を介して再度
循環に供されるから大きな問題とはならないが、あ１り
に漏れ量が多いと効率が悪くなるから少ない方が車重し
いことはいう昔でもない。

８２は上記第１の出口室６１と回転する給排管４との間
の漏れを抑えるための第２のラビリンスシール、６２ば
この第２のラビリンスシールをすり抜けた第１の出口室
６１からの漏液を受は入れる第２の出口室である。

この第２の出口室６２は上記第１の出口室６１とは異な
り冷却液が充満することがなく、したがって冷却液（純
水）が大気と接触して汚染される耘それがある。

９はこれを防止するための供気管であり、この供気管を
介して第２の出口室６２に窒素、水素などのしやへい気
体を常時供給することにより、第２の出口室６２内の圧
力を常に大気圧より僅かに高い状態に保ち、第２の出口
室への大気の侵入を阻止することとしている。

したがってこの第２の出口室６２の漏液も大気と接触せ
ず汚染されていないから、第２の出口管７２から導出し
た冷却液は上記第１の出口室６１から導出した冷却液と
同様、熱交換器、送給ポンプ（何れも図示せず）を介し
て再循環に供される。

８３は上記第２の出口室６２と回転する給排管４との間
の漏れを抑えるための第３のラビリンスシール、６３は
この第３のラビリンスシールをすり抜けた第２の出口室
６２からの漏液を受は入れる第３の出口室、７３はこの
第３の出口室に連通ずる第３の出口管である。

第３の出口室６３へ至る冷却液は、２段のシール８２゜
８３の幼果により少量であるから、大気とのしやへいを
行わず、したがって第３の出口管７３から導出した冷却
液は再循環に供することなくその１捷廃棄する。

もちろん再処理装置に送り込み、純水化処理して再循環
に供し得ることも可能である。

上記装置により一応所期の目的を達成することができる
。

ところで回転子軸５は軸受（図示せず）により支承され
るが、給排管４は図から明らかなように出口室等のため
に軸受を設けることができず回転子軸５にオーバー・・
ングの形で支承されることになる。

このため常に給排管４の軸振れの問題にさらされる。

軸振ればシール効果を損なうことになり好捷しくない。

この軸振れは給排管４が長い程起こり易く、したがって
これが短かい程よいわけであるが、上記従来装置では出
口室が３つもあり、それだけ給排管４を長くしなければ
ならず、軸振れの危険が増すことになる。

また上記従来装置では出口室６１を満水状態に保つもの
としているので、出口室６１のケーシングのシールを緊
密にしなければならないうえ、満水であるため水と給水
管４との摩擦による動力損が大きいという難点があった
。

この難点を解消するには第３図のように出口室を２つに
し、しかも何れの出口室をも満水にしないことが考えら
れる。

即ち第３図にトいて、６１２は第１図に釦ける出口室６
１゜６２を一体にしてなる出口室、７１２はこの出口室
に連通された出口管であり、他は第１図と同様である。

この第３図の考え方は、出口室６１２を満水とせず、そ
のため大気との接触を避ける意味から出口室６１２に供
気管９から窒素、水素などのしやへい気体を供給し、出
口室６１２内の圧力を大気圧より高い値に保って大気の
浸入を防止する考え方である。

即ち第１図にかける２つの出口室６Ｌ６２を１つにオと
めたもので、その出口管７１２から導出された冷却液は
第１図と肉様再循環に供するものとしている。

この第３図によれば上記第１図の難点は一応回避できる
が、次のような大きな問題を残すことになる。

その問題とは、キャビテーションつ丑り液体中に溶は込
んでいた気体が液体の圧力が下がると析出して気泡とな
り、これが圧力の高いところへ行くとその圧力によって
破壊され、その際異常な高圧を発生し騒音を発すると共
に、その付近の金属面を浸蝕することである。

即ち流出管３の開口部３ａからの排液を受は入れる出口
室６１２内の圧力が満水のときほど高くないため、冷却
液が抵抗なく排出されることとなり、このため流出路３
ｂ、５ｃ、回転子コイル（図示せず）等の冷却液管中に
キャビテーションを生ずることになり、その部分を壊食
してし捷うのである。

第１図にトいて流出管３からの排液を受は入れる出口室
６１を満水状態に保持したのば、冷却液が大気と接触し
て汚染されるのを防止することと上記キャビテーション
防止のためであり、したがって従来出口室を満水状態に
保持するのは不可欠の条件であると考えられ、このため
上述した如き各種難点はいたし方のないものとされてい
た。

さて、上記第３図の考え方をさらに発展させ、第１図の
各種難点はもとより、キャビテーションの問題をも解消
し得る冷却液導出入装置として第４図の装置が考えられ
る。

第４図にあ・いて１０は小孔１０ａを有した放出リング
であり、上台ＤＪ一孔１０ａが開口部３ａに対向する如
く、例えば焼ばめ等により流入管に固着される。

したがって流出管３からの冷却液は放出リング１０の小
孔１０ａを介して出口室６１２に排出されることになる
。

即ち放出リング１０は冷却液の排出に際してオリフィス
作用つ寸り冷却液の排出口を絞って圧力損失を発生させ
る作用を呈することとなる。

このため第３図で問題になったキャビテーションを確実
に防止することが可能となる。

キャビテーションの問題を解消できたことにより、もは
や出口室６１２を満水状態に保持する必要がなく、した
がって出口室を２個に減少することが実現できる。

このため給排管４の長さを第１図に比し短かくできるの
で軸振れの危険を減することができ、捷た満水状態にし
ないので出口室６１２のケーシングのシールつ渣り前記
第２のラビリンスシール８２の構造が簡単になるうえ、
給排管４が冷却液の中で回ることにより給排管４と冷却
液管に発生する摩擦による動力損を解消できるという冷
却液導出入装置を得ることができる。

ところで、放出リングは給排管に焼嵌されてトリ、放出
リングには円周方向に引張り応力が発生している。

放出リングの小孔部ではこの引張り応力が小孔を有する
ための切欠き効果により他の部分より高くなりすぎ、そ
のため放出リングと給排管との焼嵌代を大きくすること
ができない。

しかもこの放出リングの内側には水圧が加わっているた
めに焼嵌めが緩んで軸方向に移動する恐れがある。

この考案は上記不都合を解消すべくなされたもので、放
出リングの外側に押えリングを焼嵌めすることにより放
出リングの軸方向移動を阻止した冷却液の導出入装置を
提供することを目的とする。

第５図はこの考案による導出入装置の一実施例を示す図
であり、図中第４図と同じ符号は同一または相当部分で
ある。

すなわちこの発明は放出リング１０とこの放出リング１
０の側面から流入管２の外周に押えリング１１を焼嵌め
するようにしたもので、押えリング１１には放出リング
１０に設けられる小孔１０ａがないため放出リング１０
より押えリング１１の焼嵌代を大きくとることができる
ので、放出リング１０の小孔１０ａ部の応力を小さくで
きると同時に押えリング１１の焼嵌代を大きくすること
により放出リング１０の抜は出しを防止できる幼果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却液導出入装置を示す図、第２図は第
１図の■−■線における断面図、第３図はこの考案に至
る前に考えられる導出入装置を示す図、第４図は第３図
を発展させたさらにこの考案に至る前に考えられる導出
入装置を示す図、第５図はこの考案による導出入装置の
一実施例を示す図である。 なに上記各図中同一符号は同一または相当部分を示すも
のであり、１は入口管、２は流入管で、２ａはその開口
部、２ｂは流入路、２ｃは突出片、３は流出管で、３ａ
はその開口部、３ｂは流出路、３ｃは開口溝面、４は給
排管で、４ａはそのフランジ、５は回転子軸で、５ａは
そのフランジ、５ｂは流入路、５ｃは流出路、６Ｌ６２
，６３゜６１２は出口室、７１．７２，７３，７１２は
出口管、８１，８２，８３．８４はラビリンスシール、
９は供気管、１０は放出リングで、１０ａはその小孔、
１１は押えリングである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一端が回転子軸に結合され、他端が開口して冷却液を導
   入する円管状の流入管、この流入管の外周に間隙をｐい
   て配置され、その間隙を介して冷却液を導出する一端が
   上記回転子軸に結合された円管状の流出管、この流出管
   の他端に設けられた冷却液を排出する開口部、この開口
   部を覆い一端が上記流出管の開口端面に接するように上
   記流入管に嵌め込渣れ前記開口部に対向する位置に小孔
   を有した放出リング、この放出リングの他端に接するよ
   うに上記流入管に嵌め込１れた押えリングを備えたこと
   を特徴とする液冷回転手形回転電機の冷却液導出入装置
   。