JPS6038934B2 - 液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷却液を回転子に循環させてこれを冷却す
る液冷回転子形回転電機、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必要
となってきている。ところで、これまでのタービン発電
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３６００回転（６０日２）もの高速度
で回転しており、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）、実現のための最大
の問題であり、これが液冷回転子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）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菅及び
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は閉口部２ａを有しこの閉口部を介して上記入口
管１からの冷却液を受け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は上記流入路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□部であり、
この開□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）突出片であり、この突出片
２ｃは流出管３との間のスベ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替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とは例えば競ばめ等に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
９Ｅ管４の流入路２ｂ及び流出路３ｂにそれぞれ達通す
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□部３ａから排出される。６１はこの閉
口部３ａからの排出液を受け入れるための上流側出口室
すなわち第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、あまり
に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からの漏液を受け入れる
中間出口室すなわち第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、したがって冷却液係屯
水）が大気と接触して汚染されるおそれがある。９はこ
ねを防止するための供給管であり、この供気管を介して
第２の出口室６２に窒素、水素などのしやへし・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）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Ｙ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。第２の出口室６２内のしやへし、
気体を密封するため、密封液供給管８４から第２の出口
室６２のしやへし、気体より僅かに圧力の高い密封液が
ラビリンスシール８３の第３の出口室すなわち下流側出
口室６３の端部に供給される。密封液はラビリンスシー
ル８３をすり抜けて第２の出口室６２内に漏れこむが、
前述の如く第２の出口室６２から導出された冷却液は純
水化処理されることなく再循環に供されるので、密封液
は冷却液と同じ純水でなければならない。また、ラピリ
ンスシール８３と給排管４の間隙には密封液が第２の出
口室６２へ向かって流れているので、冷却液がラビリン
スシール８３をすり抜けて下流側出口室すなわち第３の
出口室６３へ流出していくことはあり得ない。一方、下
流側出口室である第３の出口室６３は大気が入ついるた
め、６３へ漏れこんだ密封液は大気で汚染されるので廃
棄しなければならない。勿論、純水化処理して再使用す
ることはできるが、廃棄又は再使用のいずれかにしても
、純水製造装置或いは純水化処理装置の大型化を防ぐた
めに、密封液の第３の出口室６３への漏れ込みを極力抑
える必要がある。４ｂは給排管外周の密封液供給管８４
により第３の出口室６３側に回転方向と逆向きに加工さ
れたねじで、高速回転中には対向する静止面とで生み出
すポンプ効果にり、密封液の第３の出口室６３への漏れ
量を極めて少ない値に抑えることができる。

また８６はねじ４ｂより第３の出口室６３側で給排管４
を包囲するように設けられた環状のゴムで、静止中には
、供気管８７から環状のゴム８６の外周側に圧縮気体を
供給して環状のゴム８６を給排管外周面に圧着すること
により、密封液の第３の出口室６３への漏れを防止でき
る。環状のゴム８６の形状が第１図のようにゴム厚がゴ
ムの中に比べてはるかに小さいものであり従って環状の
ゴムを変形させるに要する空気圧が極めて小さいもので
あれば密封液の圧力は第１図において環状のゴム８６の
左側のみり環状のゴム８６を外側へ広げる方向に働らき
供気管８７により供給される圧縮空気の圧力は環状のゴ
ム８６の全面にわたって環状のゴム８６を内側へ縮める
方向に働ら〈ので、上記圧縮空気の圧力は密封液の圧力
より僅かに小さくても環状のゴム８６を給排管４の外周
面に圧着することは可能である。また環状のゴム８６と
その保持リング８８の間には少し‘まかりの隙間がある
ため圧縮空気が少しずつ漏洩するので常に圧縮空気を補
給する必要がある。

第３図は従来から考えられている環状のゴム８６への圧
縮空気を供給する供気管路の系統図である。

８７ａは圧縮空気源に至る供気管、８７ｂは圧縮空気を
環状のゴム８６より抜き去るために大気へ開放されてい
る排気管、９０は上記供気管８７ａの途中に設けられて
いる供気弁で給９Ｅ管４が静止している間開けておき回
転させる前に閉じて回転中は閉じたままにしておく。

９１は上記排気管８７ｂの途中に設けられている排気弁
で給排管４が静止している間は閉じておき、回転させる
前に開いて回転中は開けたままとしておく。

上記の系統では給排管４が静止中に万が一圧縮空気源が
故障して圧縮空気の圧力が減少すると環状のゴム８６は
密封液の圧力に押されて外側へ広がり環状のゴム８６と
給９Ｅ管４の外周面との間に隙間が生じ、第２の出口室
６２内にしやへし、気体を密封するために供給する密封
液がその隙間をすり抜け第３の出口室６３へ流出する。

勿論給８Ｅ管４は静止しているために給排管４の外周面
に設けられているねじ４ｂのポンプ効果はなく、そのた
め第３の出口室６３へ流出する密封液の量は回転中にこ
の出口室６３内に流出する密封液の量の数十倍に達し第
３の出口管７３を大きくする必要がある。もし第３の出
口管７３の大きさが回転中に第３の出口室６３に流出す
る密封液の量により計画されている場合は第３の出口室
６３へ流入した密封液は第３の出口室にたまり、ひいて
はラビリンスシール８４と給員Ｅ管４との隙間より外部
へ漏洩する結果となる。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたものであり、給排管が静止している間に万
が一圧縮空気源が何らかの原因により故障して圧縮空気
の圧力が下がってもこの圧縮空気代りに冷却液が汚染さ
れないようにするための第２の出口室に封入されている
しやへし、気体を環状のゴムへ供給することにより密封
液が第３の出口室へ流出しないようにできる安全な装置
を提供することを目的としている。

以下のこの発明の実施例を図について説明する。

第４図において８７ｃは第２の出口室６２と供気管８７
を連結する導圧管、９２は供気管８７ａの途中に設けら
れ空気供窃給源への逆流しない向きに設置されたチェッ
クバルブ、９３は上記導圧管８７ｃの途中に設けられ第
２の出口室６２へ逆流しない向きに設置されたチェック
バルブである。

９４は上記導圧管８７ｃの途中に設けられた供気弁で給
緋管４が静止した時排気弁９１を閉じ供気弁９０を開く
と同時に開くものとする。

このように構成すると、給排管４が静止して８Ｅ気弁９
１を閉じ供気弁９０，９４を開いて環状ゴム８６に圧縮
空気を供給して、環状ゴム８６を給排管４の外周面に圧
着して第２の圧力室と第３の圧力室間をシールしている
状態において万が一空気供給源に何らかの故障が起きて
圧縮空気の圧力が低下しても、第２の出口室６２よりも
しやへし、気体が供気管８７ｃを経て環状のゴム８６へ
供給されるため、環状ゴム８６が給ＢＥ管４の外周面に
圧着された状態を維持することができる。

なお上記実施例ではこの発明を出口室が３つの場合に適
用した例を示したが、第５図のように出口室が２つの場
合にあっても同様に適用し得るものである。

即ち第５図において、６１２は第１図における出口室６
１，６２を一体にした上流側出口室、７１２はこの上流
側出口室６１２に蓮適する出口管、９は第１図と同様の
供気管であり、上流側出口室６１２を冷却液により充満
することなく、供気管９からしやへし、気体を送給して
上流側出口室６１２内の圧力を常に大気圧よりも僅かに
高い値に保持することにより大気との接触による冷却液
の汚染を防止するものとしている。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あり、
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。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、各管及び回転
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発明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各種の回転電
機に適用し得ることはいうまでもない。

このようにこの発明によればしやへし、気体が封入され
た上流側出口室と環状のゴムへの供気管とを連結する導
圧管を設け、この導圧管の途中に出口室へ逆流しないよ
うにチェックバルブを設け、また環状のゴムへの供気管
にも圧縮空気源へ逆流しないようにチェックバルブを設
けたので、給排管４の静止中につまり環状のゴム８６に
圧縮空気を供孫舎することにより給ＢＥ管４に環状のゴ
ム８６を圧着して第２の出口室６２と第３の出口室６３
との間をシ−ルしている状態に万が一何らかの原因によ
り圧縮空気の圧力が下がっても第２の出口室６２に封入
されているしやへい気体の圧力が環状ゴム８６に加わり
密封液が第３の出口室６３に流出しないようにできる安
全な装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却液導出入装置を示す図、第２図は第１図の
ロー０線における断面図、第３図は従釆の供気管路の系
統図、第４図はこの発明の一実施例の供気管路の系統図
、第５図はこの発明の他の適用例を説明するための図で
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はその閉口部、
２ｂは流入路、２ｃは突出片、３は流出管で、３ａはそ
の閉口部、３ｂは流出路、４は給排管、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、６１，６１２は上流側出口室、６
２は中間出口室、６３は下流側出口室、７１，７２，７
３，７１２は出口管、８１，８２，８３，８４はラビリ
ンスシール、９，８７は供気管、８４は密封液供給管、
８５は静止面、８６は環状のゴム、４ｂは給８Ｅ管の外
周に回転方向の逆向きに設けられたねじ、８７ａは供気
管、８７ｂは排気管、９０，９１，９４は弁、９２，９
３はチェックバルブ、８７ｃは導圧管、８８は保持リン
グを示す。 第２図第１図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転電機の回転子を冷却する冷却液を供給排出する
   回転子軸に直結の給排管と、給排管を囲むように設けら
   れて給排管から排出される上記冷却液を受け入れかつ冷
   却液の大気による汚染を防止する大気圧より高圧のしや
   へい気体が封入されている上流側出口室と、この上流側
   出口室の軸方向に設けられて上流側出口室からの漏洩冷
   却液を受ける下流側出口室、この下流側出口室の一端と
   上記給排管との間の冷却液の通過を防ぐ環状伸縮体と、
   この環状伸縮体を給排管の外周面に押圧するための圧縮
   空気を供給する供気管と、この供気管と上記上流側出口
   室を連結する導圧管とを備え、この導圧管により上記上
   流側出口室のしやへい気体を上記環状伸縮体へ導くよう
   にしたことを特徴とする液冷回転子形回転電機の冷却液
   導出入装置。