JPS6038938B2 - 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かっている。

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（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。

２は開□部２ａを有しこの関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閉口部であり、
この閉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とは例えば暁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８Ｅ管４の終端に
形成されたフラソジ、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
鱗管４の流入路２ｂ及び流出路３ｂにそれぞれ達通する
流入管５ｂと流出管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はこの関口
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の世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との間の漏れ量を抑えるための第３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からの漏液を受け入れる下流
側出口室すなわち第３の出口室、７３はこの第３の出口
室に蓮適する第３の出口管である。

第３の出口室６３へ至る冷却液は、３段のシール８２，
８３の効果により少量であるから、大気とのしやへし、
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
供し得ることも可能である。上記の装置により冷却液は
回転子から放出された後閉ループで再循環されるが空気
又は他の気体がこの冷却液に混入し回転子内へ運ばれる
ことが考えられる。

水は勿論気体より重くそのため遠心力も大きいので冷却
水に混入して運ばれたいくらかの気体は流入路２ｂに入
ると回転子軸５の鼠心に押しやられ軸中心付近に蓄積さ
れその量が多くなれば大きな気泡となって回転子コイル
への冷却液と共に流入する。

このようなことは流入路２ｂの水路面積をせばめ、水の
流れを不安定にする原因となると同時に回転子の重量ア
ンバランスによる振動を発生させ極めて不都合なことで
ある。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流入路２ｂの軸心と流出路３
ｂを結ぶ小さな排出管を設けることにより流入路２ｂの
軸心に蓄る気体を排出管を通して流出路３ｂへ排出して
流入路の水路面積を確保して安定した水の流れを得るこ
とができ、また、回転子コイルへ気泡が流入することが
なくなり気泡流入による回転子の振動を防ぐことが可能
である。

以下この発明の実施例を図について説明する。

第３〜５図において１０は流入管２の内部に両端を流入
管２の管壁に溶接、技入等の手段により固定して半径方
向に設けられた小さな排出管であって、その中心部には
両端が流出管３と流入管２との間隙で構成される流出路
３ｂにそれぞれ関口する気体排出路１０ｂが形成されて
おり、また、排出管１０の流入管２のほぼ中央部には、
一端が流入管２の流入路２ｂに閉口すると共に他端が気
体排出路１０ｂに閉口する排出ローｏａが形成されてい
る。このように構成すると排出管１０すなわち気体９Ｅ
出路１０ｂ中の流体が流出路３ｂ中の冷却液の流れに引
っ張られて流出路３ｂ中に流出するポンプ作用および圧
力が加られることにより流れている流入路２ｂ中の冷却
液の圧力と自然の流出や回転子コイル冷却中に生ずる抵
抗によって圧力低下している流出路３ｂ中の冷却液の圧
力との圧力差によって、排出口１０ａから気体排出路１
０ｂを介して流出路３ｂへ、少量の冷却液が流入略２ｂ
の中心付近すなわち排出ローｏａ付近から流れる。

前述のように冷却液に混入した気体は回転軸５の鞠心に
押しやられるためこの気体は排出口１０ａと気体排出路
１０ｂを通って、少量の冷却液と共に流入路２ｂへ排出
されることになる。

なお、上記実施例では排出管１川こ円管を使用したが、
第６図、第７図、第８図のように流線形にしてもよい。

これは冷却水の流れを乱さないようにするためのもので
ある。また排出口１０ａは第３図、第６図に示すように
冷却液の流れに対し反対方向に設けた方がよい。

これは冷却液の流れの勤圧に起因して流入路２ｂより流
出路３ｂへ流出する冷却液の量を減すためである。また
前記実施例では排出管１川ま流入管２一杯に設けている
が第９図のように半分の長さでもよい。

なおこの排出管１０は複数個設けてもよい。すなわち、
排出管１川ま必要に応じて冷却液に混入した気体がたま
りやすい部分に設ければよく、たまりやすい部分が多け
れば、それに応じて軸万向の複数箇所にわたって設け、
その設置方向も必ずしも同一方向でなくてもよい。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等各種の回転電機に
適用し得ることはいうまでもない。

以上のようにこの発明によれば流入略の軸心と流出路を
結ぶ排出管を設けたので、流入路の水路面積を確保して
安定した冷却液の流れを得ることができると同時に回転
子コイルへの気泡の流入を防ぎ気泡流入による回転子の
振動を防ぐことができる。

【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図のローロ線における断面図、第３図はこの発明に係
る冷却液導出入装置の一実施例図、第４図は第３図のＷ
−Ｗ線に沿った断面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線に沿
った断面図、第６図はこの発明に係る冷却液導出入装置
の他の一実施例図、第７図は第６図の血−肌線に沿った
断面図、第８図は第７図の畑一皿線に沿った断面図、第
９図はこの発明の他の一実施例図である。 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は回転子髄で、５ａはそのフランジ、５ｂは
流入路、５ｃは流出路、６１は上流側出口室（第１の出
口室）、６２は中間出口室（第２の出口室）、６３は下
流側出口室（第３の出口室）、７１，７２，７３は出口
管、８１，８２，８３，８４はラビリンスシール、９は
供気管、１川ま排出管、１０ａは排出口、１０ｂは気体
排出路を示す。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が回転電機の回転子軸に結合され、他端が開口
   して冷却液を上記回転子軸に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
   介して上記回転子軸から排出される冷却液を導出する一
   端が上記回転子軸に結合され他端に開口部を有する流出
   管、この流出管の外周に間隙をおいて設けられて上記流
   出管の開口部から排出の冷却液を受け入れ外部に排出す
   る大気圧より高圧の遮蔽気体が封入されている上流側出
   口室、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、並びに、
   上記流入管の内部にその半径方向に設けられると共に中
   空穴は流入管の中央部および流入管と流出管との間の間
   隙から成る流出路に開口する排出管を備えていることを
   特徴とする液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装置。 ２ 排出管の流入管中央部側の開口が流入する冷却液の
   下流側に設けられていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装
   置。３ 排出管の断面が流線形であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の液冷回転子形回転電機の冷
   却液導出入装置。