JPS6038940B2 - 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、回転電機にあっては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ざせることが
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ゞ実現のた市めの
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いることが望ましいわけである
。２は関口部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□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）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とは例えば焼ばめ等によより堅固に一体結合さ
れ、給排管４を構成する。４ａはこの給擬管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
磯管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の開口部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
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、熱交換器、送給ポンプ（何れも図示せず）を介て
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第３の
出口室、７３はこの出口室に蓬適する第３の出口管であ
る。

第３の出口室６３へ至る冷却液は、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）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）によより支承さ
れが、給排管４は図から明らかなように出口室のために
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Ｚ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。この軸振れは給費Ｅ管４
が長い程起り易く、したがってこれが短かし、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９Ｅ管４を長くしなければならＪ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６
１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図において、６
１２は第１図における出口室６１，６２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
どのしやへし、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図の難点は一点回避でき
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の閉口
部３ａからの排液を受け入れる出口室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）なり、このため流入路３ｂ，５ｃ、回転子コ
イル（図示せず）等の冷却液管中の圧力が、出口室６１
２が満水のときよりも低くなる。流出路３ｂ，５ｃ、回
転子コイル（図示せず）等の冷却液管中を流れる冷却液
の温度は、回転子コイルを冷却した結果高くなっている
ので、冷却液の圧力が低くなると容易にキヤビテーショ
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図において流入管３からの排液を受け入れる
出口室６１を満水状態に保持したのは、上記キャビテー
ションを防止するためでもあり、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出入装置として第４図
の装置が考えられる。

第４図において１０は小孔１０ａを有した放出リングで
あり、上記小孔１０ａが関口部３ａに対向する如く、例
えば糠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いわゆるオリフィス作
用を呈し、関口部３ａの圧力は出口室６１２の圧力より
も高くなる。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
険を減ずることができ、ま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が簡単になるうえ、給排
管４との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。しかし、放出リングには
小孔を有するためその切欠き効果により小孔部の応力が
高くなり、競隊代を大きくとることはできず、しかも放
出リングは水圧を内圧として受けるため暁蕨めが緩み易
い。

このために放出リングが回動し、その小孔が０第２図に
示した突出片２ｃの外周面によってふさがり冷却液の排
出を妨げるおそれがある。この発明は上記不都合を解消
すべ〈なされたものでたとえ放出リングが回動したとし
ても問題なく冷却液を小孔から排出可能にした導出入装
置を提供することを目的とするものである。第５図はこ
の発明による導出入装置の一実施例を示す図であり、第
６図はこの発明に用いられる流入管の一例を示す図であ
る。

なお第５図および第６図中第４図と同じ符号は同一また
は相当部分であり、２ｄは上記流入管２の突出片２ｃの
外周面に上記放出リング１０の各４・孔１０ａに対向す
るように削り込まれた２条の溝である。すなわち流入管
２の各突出片２ｃ間と流出管３の間に形成された流出路
３ｂは夫々独立しているが、突出片２ｃの外周面の蓮通
溝２ｄによって合流されている。このようにこの発明に
よれば流入管２に回動しないように鉄め込んだ筈の放出
リング１０が万が一回動しても流出路３ｂからの冷却液
は必ず突出片２ｃの蓮通溝２ｄにくるので放出リング１
０の小孔１０が突出片２ｃによってふさがれることなく
排出される。

また各流出路３ｂが蓮通溝２ｄによって蓮通されている
ので、流出路３ｂの流体抵抗の不均一による放出リング
ー０‘こ入る直前の冷却液の圧力が異なる現象が生じた
場合でもこの蓮通溝２ｄにより均圧化される。このこと
は放出リング１０の小孔１０ａよりの冷却液の噴出圧力
が不均一になることによる回転子軸５の歪みト延し・て
はこの歪みによる回転子藤５の横振れ振動を未然に防止
する効果も併せ持っている。なお上記実施例では放出リ
ング１０の４・孔１０ａを円周方向に２列設け、この各
列に対向する２条の蓮通溝２ｄの場合を説明したが、小
孔１０ａを１例または３列以上設けた場合でもこれらの
列に対向する１条または３条以上の運通溝２ｄを設けれ
ばよく、またこれら４・孔１０ａの各列にまたがる１つ
の蓮通溝２ｄを設けても実施例と同様の効果を奏する。

また上記実施例ではタービン発電機の冷却液導出入装置
として説明したが、たとえば水車発電機等その他の回転
子軸の冷却液導出入装置にも応用可能である。

【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図のローロ線における断面図、第３図はこの発明に至
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発明に至る前に考えられる導出
入装置を示す図、第５図はこの発明による導出入装置の
一実施例を示す図、第６図はこの発明に用いられる流入
管の一例を示す図である。 なお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、〃ま入口管、２は流入管で、２ａはその関口
部、２ｂは流入路、２ｃは突出片、２ｄは達速溝、３は
流出管で、３ａはその開口部、３ｂは流出路、４は給８
Ｅ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、７１，７２，７３，７１
２は出口管、８１，８２，８３，８４はラピリンスシー
ル、９は供気管、１０は放出リングで、１０ａはその小
孔である。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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と、一端が前記回転子軸に結合
   されて前記流入管の外周に間隙をおいて配置され他端に
   前記冷却液を排出するための開口部が形成された円管状
   の流出管と、この流出管を囲んで形成され前記冷却液が
   排出される出口室と、前記流入管の外周に軸方向に形成
   され前記流出管の内周面に接して前記間隙を区画する複
   数条の突出片と、前記開口部を覆つて前記流入管に嵌着
   され前記開口部と前記出口室に通じる複数の小孔が形成
   された放出リングと、前記小孔に対向する円周に沿つて
   前記突出片に形成され前記突出片で区画された前記間隙
   を連通する連通溝とを備えてなる液冷回転子形回転電機
   の冷却液導出入装置。