JP2008283851A - 発電機ロータ歯の補修のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開示しているのは、発電機スロット壁（２８）のダブテール部分（３２）の少なくとも一側面を補修する方法である。
【解決手段】スロット壁（２８）のダブテール部分（３２）は、少なくとも２つの隣接するスロットウェッジ（１８）を受入れ、ダブテール部分（３２）は、半径方向入口面、内側テーパ面及び中間半径方向面を含む。本方法は、内側テーパ面に少なくとも部分的に沿ってかつ半径方向入口面に沿って半径方向に、少なくとも１つの補修溝（３６）を形成する段階を含む。形成する段階は、スロット壁（２８）から材料を除去する。少なくとも２つの隣接スロットウェッジ（１８）は、少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）と交換される。少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）は、隣接する補修ウェッジ（３８）間に突合せ接合部（３０）を有し、かつ突合せ接合部（３０）は、隣接する補修溝間に位置するようにされる。
【選択図】 図１

Description

本主題の発明は、発電機ロータに関する。より具体的には、本主題の発明は、軸方向に整列したロータウェッジの突合せ接合部に位置したロータ歯内にフレッティング損傷及び／又は割れを受けたロータの補修に関する。

ガス及び蒸気タービンと共に使用される発電機のような従来型の発電電動機械は、例えば所望の磁束パターンを生成するように相互接続された磁界巻線の導電巻き部を受入れるようにその中に半径方向スロットを機械加工した磁性材料の鍛造ロータを採用している。一般的に、そのような従来型のロータスロット内に含まれるのは、スロットの上端部及び下端部の両方におけるクリーページブロック並びにロータが運転している時に巻線に加わる半径方向外向きの力に抗するためのコイルスロットウェッジである。

スロットウェッジは、一般的にダブテール形状をしており、ロータが例えば３６００回転／分で回転している間に銅コイルを所定の位置に保持するために使用される。コイルスロットウェッジは一般的に、その長さが６〜１２インチであり、特に高い電気定格を有するより長尺のロータにおける各コイルスロットでは、幾つかのそのようなウェッジが必要となる。ウェッジの突合せ接合部における隣接するウェッジの接線方向の動きは、ロータのウェッジスロット壁に対してフレッティング損傷を引き起こす。

ロータを補修するために、機械加工法又はその他の方法により、損傷した材料が除去される。将来的なフレッティング損傷を防止するために、鋼製ウェッジは、アルミニウム製とすることができる同一構成のウェッジと交換される。しかしながら、この補修は、ウェッジの突合せ接合部をそれらの元の位置に戻している。ロータ歯は、その後の一連のマイナスの（悪影響のある）事象において補修部位でさらに損傷する可能性がある。一連の悪影響のある事象では、発電機ロータ内を流れる一連の悪影響のある電流は、発電機ロータに対して二重周波数トルクを生じさせかつロータ表面上に渦電流の流れを生じさせ、それによって、過度の加熱及び一部の場合ではアーク放電を引き起こすおそれがある。補修部位における一連の悪影響のある事象よってさらに損傷したロータ歯は、この更なる損傷のために補修不能となる。
米国特許第６，８４９，９７２ Ｂ１号公報

必要なのは、フレッティング損傷を補修し、将来的なフレッティング損傷の危険性を取り除き、かつ一連の悪影響のある事象に耐える能力を高めた一層堅牢な補修となる、ウェッジの設計を含むロータ歯の補修である。

本発明は、発電機スロット壁のダブテール部分の少なくとも一側面を補修する方法を提供する。スロット壁のダブテール部分は、少なくとも２つの隣接するスロットウェッジを受入れ、ダブテール部分は、半径方向入口面、内側テーパ面及び中間半径方向面を含む。

本方法は、内側テーパ面に少なくとも部分的に沿ってかつ半径方向入口面に沿って半径方向に、少なくとも１つの補修溝を形成する段階を含む。形成する段階は、スロット壁から材料を除去する。少なくとも２つの隣接スロットウェッジは、少なくとも２つの補修ウェッジと交換される。少なくとも２つの補修ウェッジは、隣接する補修ウェッジ間に突合せ接合部を有し、かつ突合せ接合部は、隣接する補修溝間に位置するようにされる。

本発明のこれらの及びその他の目的は、添付図面と関連させて行う以下の説明から一層明らかになるであろう。

発明として見なせる本主題は、提出した特許請求の範囲に具体的に指摘しかつ明確に特許請求している。本発明の上述の及びその他の特徴及び利点は、添付図面と関連させて行った以下の詳細な説明から明らかである。

詳細な説明により、実施例として図面を参照して、本発明の実施形態をその利点及び特徴と共に説明する。

図１に示すのは、発電機ロータ１０である。複数の軸方向に延びるコアスロット１２が、ロータ１０内で半径方向（放射状）に配列される。図２に示すように、各コアスロット１２は、導電コイル１４と、クリーページブロック１６と、コアスロット１２内で半径方向外側に順次にスタックされた複数の軸方向に整列したスロットウェッジ１８とを包含することができる。スロットウェッジ１８は一般的に、鋼又はアルミニウム製である。例えば、スロットウェッジ１８は、ほぼダブテール形状の断面を有し、ロータ１０が回転している間に導電コイル１４及びクリーページブロック１６を所定の位置に保持するように設置しかつ配列することができる。スロットウェッジ１８はまた、一般的に通気チャネル２２と整列した状態になった通気孔２０を含むことができる。通気チャネル２２は、導電コイル１４を貫通しまたクリーページブロック１６を貫通する。図３に示すように、スロットウェッジ１８は、各コアスロット１２内に軸方向に配列される。幾つかのスロットウェッジ１８は、空気を通気チャネル２２内に案内する入口孔２４及び／又は空気を通気チャネル２２から導く出口孔２６として構成された通気孔を含むことができる。

フレッティング疲労損傷は、ロータ運転の間に、軸方向に隣接するスロットウェッジ１８の突合せ接合部において、コイルスロット１２内、特にスロット壁２８内に発生する。図４を参照すると、損傷した材料（本明細書では以後「損傷材料」と呼ぶ）を含む材料は、機械加工又はその他の手段によってロータ１０から除去される。機械加工領域は、スロット壁３４のウェッジ受入れダブテール部分３２内に位置する。機械加工は溝３６を形成し、一部の実施形態では、溝３６は、その形状を凹形とすることができる。溝３６の寸法は補修する領域の寸法及び構成に応じて決めることができるが、溝３６の実施例は、その深さを約０．０３インチ〜０．０９インチ、またその幅を約０．０３５〜０．０４インチの範囲とすることができる。ロータ１０を機械加工して溝３６が形成されると、溝３６の鋭い端縁部に丸みを付けることができる。このように機械加工することにより、ロータ１０の低サイクル及び高サイクル疲労寿命が最少限に抑制される。

機械補修が完了すると、補修コイルスロット１２内に補修ウェッジ３８が設置される。図５に示すように、補修ウェッジ３８は、隣接する補修ウェッジ３８間の突合せ接合部３０が同一のスロット壁３４上の軸方向に溝３６間に位置するように、配置される。突合せ接合部３０を軸方向に溝３６間に位置させることにより、一連の悪影響のある事象の場合におけるロータ１０に対する補修不能な損傷の発生可能性が最小になる。一連の悪影響のある事象の間には、電流が図５の矢印によって示すように流れて、領域４０においてロータを損傷させる可能性がある。この事象による損傷は、損傷部位に別の溝３６を機械加工することによって補修することができる。一方、図６に示すように実質的に溝３６と整列した突合せ接合部３０とウェッジ１８を交換した場合には、溝３６の以前の補修領域において一連の悪影響のある電流がロータ１０を損傷させるおそれがある。一連の悪影響のある事象による損傷を補修するための溝３６の第２の機械加工がその設計限界を超えてロータ１０に行われる場合があり、そのような場合には、損傷は補修不能となる。

補修ウェッジ３８はまた、入口孔２４及び／又は出口孔２６を含むことができる。一部の実施形態では、また図７に示すように、入口孔２４及び／又は出口孔２６は、複数の補修ウェッジ３８内に設置され、かつ図３に示すように補修に先立ってスロットウェッジ１８の入口孔２４及び出口孔２６のパターンを複製するように構成される。補修後のロータ１０の冷却特性が補修前のロータの冷却特性と同じになることを保証するために、パターンは複製される。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、現在及び将来の両方において、提出した特許請求の範囲の技術的範囲内に属する様々な改良及び強化を行うことができることは、当業者には理解されるであろう。これらの特許請求の範囲は、最初に説明した本発明の適切な保護を維持するように解釈すべきである。

発電機ロータの部分断面図。 図１のコアスロットの断面図。 コアスロット内でのスロットウェッジの軸方向配列を示す図。 補修溝の実施例の部分斜視図。 補修したコアスロット内での補修ウェッジの軸方向配列を示す図。 補修したコアスロット内でのスロットウェッジの軸方向配列を示す図。 通気孔を有する補修ウェッジの軸方向配列を示す図。

符号の説明

１０ 発電機ロータ
１２ コアスロット
１４ 導電コイル
１６ クリーページブロック
１８ スロットウェッジ
２０ 通気孔
２２ 通気チャネル
２４ 入口孔
２６ 出口孔
２８ スロット壁
３０ 突合せ接合部
３２ ダブテール部
３４ スロット壁
３６ 溝
３８ 補修ウェッジ
４０ 領域

Claims (10)

1. 少なくとも２つの隣接するスロットウェッジ（１８）を受入れかつ半径方向入口面、内側テーパ面及び中間半径方向面を含む、発電機スロット壁（２８、３４）のダブテール部分（３２）の少なくとも一側面を補修する方法であって、
   前記内側テーパ面に少なくとも部分的に沿ってかつ前記半径方向入口面に沿って半径方向に、前記スロット壁（２８）から材料を除去して少なくとも１つの補修溝（３６）を形成する段階と、
   前記少なくとも２つの隣接スロットウェッジ（１８）を、隣接するそれらの間に突合せ接合部（３０）を有する少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）と交換しかつ前記突合せ接合部（３０）が前記隣接する補修溝間に位置するようにする段階と、
   を含む方法。
2. 前記少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）が、該少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）を半径方向に貫通して延びる１つ又はそれ以上の通気孔（２０）を含む、請求項１記載の方法。
3. 前記通気孔（２０）が、前記スロットウェッジ（１８）内の通気孔（２０）のパターンに近似するように配列される、請求項２記載の方法。
4. 前記溝（３６）が、凹形である、請求項１記載の方法。
5. 前記溝（３６）が、約０．０３インチ〜約０．０９インチの深さを有する、請求項１記載の方法。
6. 前記溝（３６）が、約０．０３５インチ〜約０．０４インチの幅を有する、請求項１記載の方法。
7. 前記溝（３６）の端縁部が、丸みを付けられている、請求項１記載の方法。
8. 前記少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）が、アルミニウムで構成される、請求項１記載の方法。
9. その各々の各壁が半径方向入口面、内側テーパ面及び中間半径方向面を備えたダブテール部分（３２）を有する複数の半径方向に配列された発電機スロットと、
   前記内側テーパ面に少なくとも部分的に沿ってかつ前記半径方向入口面に沿って半径方向に、前記複数の発電機スロットの少なくとも１つ内に配置された１つ又はそれ以上の凹形補修溝と、
   前記発電機スロットのダブテール部分（３２）内に受入れ可能でありかつそれらの間に少なくとも１つの突合せ接合部（３０）を有し、前記突合せ接合部（３０）が前記隣接する補修溝間に位置するようになった少なくとも２つの隣接する補修ウェッジ（３８）と、
   を含む発電機ロータ（１０）。
10. 前記少なくとも２つの補修ウェッジ（３８）が、該補修ウェッジ（３８）を貫通して半径方向に延びる１つ又はそれ以上の通気孔（２０）を含む、請求項９記載の発電機ロータ（１０）。

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