JPS5836211Y2 - 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
液冷回転十形回転電機、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、つまり効果的な冷
却をいかに実現するかにががっている。

換言すれば、回転電機の容量はその温度上昇すなわち冷
却性能により決ま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
発電所建設の効率化の点からますますその単機容量の増
大が盛量となってきている。

ところで、これま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躍飛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望まれるところであ
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ま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
ており、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、これが液冷回転十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、その不純物のため基管及
び回転子コイルが腐蝕することになり、このため何等の
不純物をも含まない純水を用いることが望ましいわけで
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おいて設けられ
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。

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図において、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は
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までもなく回転子コイ
ル（図示せず）が装着されている。

またこの回転子軸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にそれぞれ連通する
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５
Ｃ，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の出口室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、あまり
漏れ量が多いと効率が悪くなるから少ない方が望ましい
ことはいうまでもない。

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は
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、シたがって冷却液（純
水）が大気と接触して汚染されるおそれがある。

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の効果により少量であるから、大気とのしやへいを
行なわず、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まま廃棄する。

もちろん再処理装置に送り込み、純水化処理して再循環
に供し構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
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にオーバーハ
ングの形で支持されることになる。

このため常に給排管４の軸振れの問題にさらされる。

軸振れはシール効果を損なうことになり好ましくない。

この軸振れは給排管４が長い程起り易く、シたがってこ
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排
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図において、６１２は第１図における出口室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
侵入を防止する考え方である。

即ち第１図における２つの出口室６１．６２を１つにま
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図と同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の圧力が満水の時はど高くないため、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３ｂ、
５Ｃ１回転子コイル（図示せず）等の冷却液管中の圧力
が負圧となり冷却液管中に気泡が発生して冷却液管中に
キャビテーションを生ずることになり、その部分を壊食
してしまうのである。

第１図において流出管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は、前述した冷却液の汚染
防止の目的以外に、上記キャビテーション防止のためで
〕もあり、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
し得る冷却液導入装置として第４図の装置が考えられる
。

第４図において１０は小孔１０ ａを有した放出リング
であり、上記小孔１０ ａ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１０ ａ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
作用を呈する。

つまり、冷却液の流出抵抗となり、これにより流出路３
ｂ、５Ｃおよび回転子コイル等の冷却液管中の圧力が正
圧となり気泡の発生が防止できる。

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り、シた
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、また満水状態にし
ないので出口室５１２のケーシングのシールが高圧水蜜
シールから低圧の気密シールとなることにより構造が簡
単になるうえ、給排管４が冷却液中にて回転することに
より発生していた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。

上記のように、流出管３からの排水に対して小孔１０
ａを有する放出リング１０を設け、流出管３内でのキャ
ビテーションを防止することによって出口室６１２を満
水としないことが可能になり、軸長の短縮による軸振れ
防止効果や回転部分の動力損失を減少させる効果が発揮
される。

しかし一方では、高速回転される流出管３から放出リン
グ１０を通って排出された排水が出口室６１２の壁に衝
突することになり、出口室６１２の内壁を侵食したり大
きな騒音を発生させるという新たな問題が生ずる。

この考案は第１の出口室６１２と第２出ロ室６３との間
をシールする第２のシール８３をシール水によるシール
構造とし第１の出口室６１２側へ流出した上記シール水
を放出リング１０からの放出水流に衝突させて放出水の
勢力を減少させることにより上記侵食および騒音を減少
させようというものである。

第５図はこの考案の一実施例を示す図である。

１１はシール水供給管を示す。

シール水供給管１１を介して供給され、第２のシール８
３を通過し第１の出口室６１２へ流出するシール水は放
出リング１０からの放出水に矢印に示す方向に衝突して
放出水の勢力を減少させる。

従って放出リング１０の放出水に起因する出口室６１２
の侵食あるいは騒音の発生は大巾に減少される。

また上記実施例では冷却液として純水を用いる場合を示
したが、基管及び回転子コイルを腐蝕しない液体であれ
ば純水以外のものであってもよいことはいうまでもない
。

さらに上記実施例ではこの考案を発電機特にタービン発
電機に適用するものとして説明したが、必要なら水車発
電機などその他の発電機はもちろん電動機等各種の回転
電機に適用し得ることばいうまでもない。

また上記実施例では冷却液の漏れを抑えるためのシール
としてラビリンスシールを用いるものとしたが、メカニ
カルシール 用いてもよいことはいうまで゛もない。

【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ＩＩ−ＩＩ線における断面図、第３図はこの考案
に至を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図はこの考案の一実施例であ
る。 なお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、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、６１，６２。 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は供給管、１０は放
出リングである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 冷却液を導く人口管、一端が回転子軸に結合され、他端
   が開口して上記入口管からの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おいて配置され、そ
   の間隙を介し冷却液を導出する一端が上記回転子軸に結
   合された円筒状の流出管、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、この開口部を覆う小孔を有
   した放出リング、この放出リングを含む上記開口部を包
   囲し、該放出リングから放出される冷却液を受は入れる
   上記入口管に固着され且つじやへい気体が充満される第
   １の出口室、この第１の出口室の冷却液を外部に導出す
   る出口管、上記第１の出口室の一側と上記流入管との間
   の冷却液の通過を抑える第１のシール、上記第１の出口
   室の上記入口管の反対側において上記第１の出口室から
   第２の出口室への冷却液の通過をシール水の供給により
   抑える第２のシールを備え、上記第２のシールがら上記
   第１の出口室へ流出するシール液体を上記放出リングか
   ら放出される冷却液に衝突させるようにしたことを特徴
   とする液冷回転十形回転電機の冷却液導出入装置。