JP2012110102A - Shaft seal device of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、冷却媒体として気体を用いる回転電機の軸封装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a shaft seal device for a rotating electrical machine that uses a gas as a cooling medium.
回転電機は、エネルギー変換効率をよくするために、機内の回転子や固定子などを冷却する。このとき、冷却媒体として水素ガスを使用している。冷却媒体を機内に封じ込めておくために、回転子のシャフトとフレームとの間に軸封装置が設置される。軸封装置は、シャフトに対して隙間を空けて装着され、隙間にシール油を供給するための軸方向ギャップが形成されたシールリングと、このシールリングを覆うシールケーシングと、を備えている。 In order to improve energy conversion efficiency, the rotating electrical machine cools the rotor and stator in the machine. At this time, hydrogen gas is used as a cooling medium. In order to contain the cooling medium in the machine, a shaft seal device is installed between the rotor shaft and the frame. The shaft seal device includes a seal ring that is attached to the shaft with a gap therebetween and has an axial gap for supplying seal oil to the gap, and a seal casing that covers the seal ring.
シールリングは、シャフトの軸方向に沿う動きをシールケーシングによって拘束されている。シール油は、シールケーシングとシールリングとの間に機内側のガスの圧力よりも高い圧力で供給され、シールリングのギャップを通過して、シールリングとシャフトとの隙間へ流出する。隙間へ供給されたシール油がシャフトの外周面に沿って回転電機の機内側及び機外側へそれぞれ流出することによって、冷却媒体の水素ガスは、機内に封入される。 The seal ring is restrained by the seal casing from moving along the axial direction of the shaft. The seal oil is supplied between the seal casing and the seal ring at a pressure higher than the gas pressure inside the machine, passes through the gap of the seal ring, and flows out to the gap between the seal ring and the shaft. As the seal oil supplied to the gap flows out along the outer peripheral surface of the shaft to the inside and outside of the rotating electric machine, the hydrogen gas of the cooling medium is sealed in the machine.
回転電機による環境負荷を低減するためにエネルギー変換効率を高めることが求められている。冷却媒体として水素を用いる回転電機の場合、エネルギー変換効率を高めるために、水素冷却機を大容量にすること、あるいは、損失を低減することが考えられる。このとき損失を低減する方法の一つとして、回転電機の機内のガス圧を高くすることが挙げられる。しかし、ガス圧を高くするには、フレームの耐圧強度を確保するなど、構造上におけるさまざまな検討が必要になる。 In order to reduce the environmental load caused by the rotating electrical machine, it is required to increase the energy conversion efficiency. In the case of a rotating electrical machine that uses hydrogen as a cooling medium, it is conceivable to increase the capacity of the hydrogen cooler or reduce loss in order to increase energy conversion efficiency. One way to reduce the loss at this time is to increase the gas pressure in the rotating electrical machine. However, in order to increase the gas pressure, various structural studies are required, such as securing the pressure resistance of the frame.
機内の圧力を高くすると、回転子を覆っているフレームが内圧を受けてわずかながらに膨らむことが予想される。このときシールケーシングが機外側へ変位し、シールリングとシャフトとの隙間が変化すると、シール油の流れが変わり密閉性が低下するかもしれない。シールケーシングが変位しないようにフレームやシールケーシングの剛性を高めるには、部材そのものの厚みを大きくするか構造的に改善する必要がある。しかし、いずれの場合もフレーム及びシールケーシングが嵩張る結果となる。 When the pressure in the machine is increased, the frame covering the rotor is expected to swell slightly due to the internal pressure. At this time, if the seal casing is displaced to the outside of the machine and the gap between the seal ring and the shaft changes, the flow of the seal oil may change and the sealing performance may deteriorate. In order to increase the rigidity of the frame and the seal casing so that the seal casing is not displaced, it is necessary to increase the thickness of the member itself or to improve the structure. However, in either case, this results in a bulky frame and seal casing.
また、シールリング及びシールケーシングは、回転電機を運転している間に取り替えることができないので、部品点数を増やしたり複雑な構造を採用したりすることはなるべく避けたい。 Further, since the seal ring and the seal casing cannot be replaced while the rotary electric machine is in operation, it is desirable to avoid increasing the number of parts or adopting a complicated structure as much as possible.
そこで、本発明は、機内圧力を高くすることによってシールリングのケーシングが変位しても機内に冷却媒体を封止する回転電機の軸封装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a shaft seal device for a rotating electrical machine that seals a cooling medium in the machine even when the casing of the seal ring is displaced by increasing the machine pressure.
一実施形態の軸封装置は、回転電機のシャフトとフレームとの間に装備され機内に冷却媒体を封入する軸封措置であって、機内側シールリングと、機外側シールリングと、ケーシングと、センタスプリングとを備える。機内側シールリングは、シャフトの外周面の全周にわたって第1のクリアランスを有して装着され、機内側へ突出する内向リムを外周部に有する。機外側シールリングは、シャフトの外周面の全周にわたって第2のクリアランスを有し機内側シールリングに対してギャップを空けて機外寄りに装着され、機外側へ突出する外向リムを外周部に有する。ケーシングは、フレームに支持され内向リム及び外向リムの外周を囲いシール油が供給される。センタスプリングは、機内側シールリング及び機外側シールリングに外周側から当接し、ギャップを広げるとともに機内側シールリング及び機外側シールリングをシャフトに向かって締め付ける方向に作用する。そして、ケーシングは、シャフトの軸心を中心とする円に沿って機内側シールリング及び機外側シールリングの少なくとも一方と線接触することによって、シール油を封止するとともに、機内側シールリング及び機外側シールリングは、ギャップから第1のクリアランス及び第2のクリアランスを通して機内側及び機外側へシール油を流出させる。 A shaft seal device according to an embodiment is a shaft seal measure that is provided between a shaft and a frame of a rotating electric machine and encloses a cooling medium in a machine, and includes an inside seal ring, an outside seal ring, a casing, A center spring. The in-machine seal ring is mounted with a first clearance over the entire circumference of the outer peripheral surface of the shaft, and has an inward rim that protrudes inward of the in-machine. The outer seal ring has a second clearance all around the outer peripheral surface of the shaft and is mounted on the outer side with a gap with respect to the inner seal ring. Have. The casing is supported by the frame and surrounds the outer periphery of the inward rim and the outward rim and is supplied with seal oil. The center spring abuts on the inner seal ring and the outer seal ring from the outer peripheral side, and widens the gap and acts in a direction to tighten the inner seal ring and the outer seal ring toward the shaft. The casing seals the seal oil by making line contact with at least one of the machine inner seal ring and the machine outer seal ring along a circle centered on the shaft center, and seals the machine inner seal ring and machine. The outer seal ring allows seal oil to flow from the gap to the inside and outside of the machine through the first clearance and the second clearance.
第1の実施形態の軸封装置10は、図1から図3を参照して説明する。軸封装置10は、図1に示すように、回転電機1の回転子のシャフト2と回転子の外周に配置される固定子を収納するフレーム3との間に装備される。回転電機1は、回転子及び固定子のコイルを冷却するために、機内に冷却媒体Gとして水素ガスを循環させている。軸封装置10は、冷却媒体Gを機内に封入するために設けられており、シャフト2を支持する軸受4よりも機内側に取り付けられている。この明細書中において、シャフト2の軸心を基準とし、軸心に近い側を「内周」、軸心から遠い側を「外周」、シャフト2に沿って中央寄りを「機内側」、シャフト2の端部寄りを「機外側」と呼ぶ。
The
軸封装置10は、図2に示すように、機内側シールリング11と、機外側シールリング12と、ケーシング13と、センタスプリング14とを備える。機内側シールリング11は、シャフト2の外周面の全周にわたって一定の第1のクリアランスC1を空けて装着されており、機内側へ突出する内向リム111を外周部に備えている。機外側シールリング12は、シャフト2の外周面の全周にわたって一定の第2のクリアランスC2を空けて装着されており、機外側へ突出する外向リム121を外周部に備えている。機外側シールリング12は、機内側シールリング11に対してギャップSを空けて機外側に装着される。機内側シールリング11及び機外側シールリング12は、それぞれ半周ずつに分割して形成されている。
As shown in FIG. 2, the
ケーシング13は、隔壁130によってフレーム3に支持されており、内向リム111及び外向リム121の外周を囲っている。ケーシング13の内部には、シール油Lが供給される。このケーシング13は、機内側リップ131と機外側リップ132とを備えている。機内側リップ131は、内向リム111を回り込み、内向リム111とシャフト2との間に延びている。機外側リップ132は、外向リム121を回り込み、外向リム121とシャフト2との間に延びている。
The
センタスプリング14は、互いに隣り合う機内側シールリング11及び機外側シールリング12の外周部の角に形成されたテーパ面112,122によって構成される溝に装着されている。センタスプリング14は、機内側シールリング11のテーパ面112及び機外側シールリング12のテーパ面122にそれぞれ当接することによって、ギャップSを押し広げるとともに機内側シールリング11及び機外側シールリング12をシャフト2に向って締め付けるように作用する。
The
ケーシング13は、シャフト2の軸心を中心とする円に沿って、機内側シールリング11及び機外側シールリング12の少なくとも一方と線接触する。本実施形態においてケーシング13は、図2に示すように、機内側シールリング11及び機外側シールリング12のいずれとも線接触している。機内側シールリング11とケーシング13とが線接触するために、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、機内側へ膨らんだ曲面に形成されており、ケーシング13の内壁13Aに線接触する。また、機外側シールリング12とケーシング13とが線接触するために、ケーシング13の機外側リップ132の先端面132Aは、機内側へ膨らんだ曲面に形成されており、機外側シールリング12の機外に向いた側面123に線接触する。
The
また、この実施形態の軸封装置10は、図2に示すように機外側スプリング15をさらに備えている。機外側スプリング15は、機外側シールリング12の外向リム121の外周の角に形成されたテーパ面124およびケーシング13の内壁13Bに当接するように装着されている。機外側スプリング15は、機外側シールリング12を機内側に付勢するとともにシャフト2の外周面に向けて付勢する。
The
以上のように構成された軸封装置10は、内向リム111の端面111Aとケーシング13の内壁13A、機外側リップ132の先端面132Aと機外側シールリング12の側面123のそれぞれにおいて、線接触しているので、ケーシング13内に供給されたシール油Lを封止する。また、機内側シールリング11及び機外側シールリング12は、ギャップSからそれぞれ第1のクリアランスC1及び第2のクリアランスC2へ、シール油Lを流通させる。
The
冷却媒体Gである水素ガスの冷却能力を高めるために機内圧力を高める、すなわち水素ガスの密度を高めると、フレーム3が変形したりケーシング13を支持する隔壁130がダイヤフラムのように機外側へ変形したりする。これによって、ケーシング13は、図3に示すようにケーシング13の外周側を支点に機外側へロールするように変位することが予想される。
When the pressure inside the machine is increased to increase the cooling capacity of the hydrogen gas that is the cooling medium G, that is, when the density of the hydrogen gas is increased, the frame 3 is deformed or the
第1の実施形態の軸封装置10において、内向リム111の端面111Aおよび機外側リップ132の先端面132Aがどちらも機内側に膨らんだ曲面に形成されているので、フレーム3やケーシング13が変位した場合であっても、機内側シールリング11及び機外側シールリング12がケーシング13に伴って捻れることなく、機内側シールリング11とケーシング13、および機外側シールリング12とケーシング13がそれぞれ線接触した状態を維持する。
In the
そして、シール油Lの供給圧力と、センタスプリング14及び機外側スプリング15の締付力が均衡することによって、ギャップS、第1のクリアランスC1及び第2のクリアランスC2は、機内圧力を上げる前と同じ状態に維持される。つまり、冷却媒体Gの圧力を高めても、軸封装置10は、冷却媒体Gを機内に密封する。
The supply pressure of the seal oil L and the tightening force of the
図2に示す状態から図3に示す状態へケーシング13が捻れるように変位する場合、機内側リップ131の先端面131Aは、機内側シールリング11の機内に面した側面113に接近する。そこで、機内側リップ131の先端面131Aは、この変形量を考慮して、機内側シールリング11の側面113から離れた状態に形成する。
When the
また、回転電機1の機内は、冷却媒体Gの圧力が作用しているので、機内側シールリング11は、機外側へ圧力を受ける。このとき、第1の実施形態の軸封装置10の場合、機外側スプリング15を備えている。したがって、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、機外側スプリング15によってケーシング13の内壁13Aに押し当てられ、線接触した状態が維持される。さらに機外側スプリング15は、機外側シールリング12の外向リム121の内周面121Bが機外側へ開くことを防止している。
In addition, since the pressure of the cooling medium G acts on the inside of the rotating electrical machine 1, the machine inside
なお、軸封装置10の機外側は、大気圧であるので、ギャップSから第1のクリアランスC1または第2のクリアランスC2へと流れるシール油Lの圧力が維持されれば、機外側シールリング12とケーシング13との間は、完璧に封止されている必要はない。機外側シールリング12とケーシング13との間は、線接触させる代わりに、柔軟性を有したパッキンやガスケットなどを装着してもよい。
Since the outside of the
機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aおよびケーシング13の機外側リップ132の先端面132Aは、曲率が一定な曲面に形成するか、機内の圧力変化に伴うフレーム3および隔壁130の変形を加味した曲率が変化する曲面に形成するかは、回転電機1の仕様や運転条件に応じて適宜選択される。つまり、回転電機1が定格運転中である間、軸封装置10の機内側シールリング11および機外側シールリング12が理想的な位置に納まるように、軸封装置10の各部の寸法が決定される。
The
第2から第6の実施形態の軸封装置10は、それぞれ図面を参照して以下に説明する。各実施形態の軸封装置10において、第1の実施形態の軸封装置10と同じ機能を有する構成は、図中に同じ符号を付してその説明を省略する。また、軸封装置10の周囲の回転電機1の構成は、第1の実施形態に記載した内容および図1を参酌する。
The
第2の実施形態の軸封装置10は、図4および図5を参照して説明する。図4および図5に示す軸封装置10において、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、ケーシング13の内壁13Aの内壁に接触しない平坦に形成されている。ケーシング13の機内側リップ131の先端面131Aが機外側へ膨らむ曲面に形成されており、機内側シールリング11の機内側の側面113に線接触している。また、機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aが機外側へ膨らんだ曲面に形成されており、ケーシング13の内壁13Bに線接触している。ケーシング13の機外側リップ132の先端面132Aは、平坦に形成され、内圧がかかってケーシング13が変位した場合でも機外側シールリング12の側面123に接触しない。この他の構成は、第1の実施形態の軸封装置10と同じである。
The
この軸封装置10は、機内側リップ131の先端面131Aおよび機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aがいずれも機外側へ膨らんだ曲面に形成されている。したがって、冷却効率を高めるために機内の圧力を高めることによってケーシング13が図4に示す状態から図5に示すように変位した場合でも、ケーシング13に伴って機内側シールリング11および機外側シールリング12が捻れない。機内側シールリング11とケーシング13、機外側シールリング12とケーシング13がそれぞれ線接触した状態が維持される。また、シール油Lの供給圧力とセンタスプリング14および機外側スプリング15の締付力が均衡することによって、ギャップSと第1のクリアランスC1および第2のクリアランスC2は、機内圧力を上げる前と同じ状態に維持される。
In the
第2の実施形態にでは、図4および図5に示すように機内圧力を高くする前後のいずれでも機外側リップ132の先端面132Aは、機外側シールリング12の側面123から離れている状態であり、機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aは、ケーシング13の内壁13Bに線接触した状態である。機内圧力を高くする前では、機外側リップ132の先端面132Aを機外側シールリング12の側面123に当接した状態に、機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aをケーシング13の内壁13Bから離した状態にしておき、機内圧力を高くした後は、機外側リップ132の先端面132Aを機外側シールリング12の側面123から離れた状態に、機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aをケーシング13の内壁13Bに線接触した状態に、それぞれなるように構成されていてもよい。
In the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
また、第2の実施形態では、図4および図5に示すように機内圧力を高くする前後のいずれにおいても機内側リップ131の先端面131Aは、機内側シールリング11の側面113に当接した状態に、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、ケーシング13の内壁13Aから離れている状態である。機内圧力を高くする前では、機内側リップ131の先端面131Aを機内側シールリング11の側面113から離れた状態に、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aをケーシング13の内壁13Aに当接した状態にしておき、機内圧力を高くした後は、機内側リップ131の先端面131Aを機内側シールリング11の側面113に線接触した状態に、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aをケーシング13の内壁13Aに線接触した状態に、それぞれなるように構成されていてもよい。
Further, in the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
第3の実施形態の軸封装置10は、図6を参照して説明する。図6に示す軸封装置10において機内側シールリング11と機外側シールリング12は、第1の実施形態の機内側シールリング11および機外側シールリング12と同じ構成である。そして、この軸封装置10は、機内側シールリング11の側面113に接触する第1の弾性部材133を機内側リップ131の先端部に有し、機外側シールリング12の外向リム121の内周面121Bに接触する第2の弾性部材134を機外側リップ132の外周面132Bに有している点が、第1の実施形態と異なっている。
The
以上のように構成されている軸封装置10は、機内側シールリング11の内向リム111の曲面に形成された端面111Aがケーシング13の内壁13Aに線接触しており、機外側スプリング15が機内側シールリング11および機外側シールリング12を機内側へ付勢している。機内圧力を上げた場合にケーシング13が第1の実施形態や第2の実施形態のように変位すると、第1の弾性部材133は、機内側シールリング11の側面113に押し当てられて偏平し、第2の弾性部材134は、機外側シールリング12の外向リム121の内周面121Bに押し当てられて偏平する。
In the
ケーシング13が変位しても、機内側シールリング11および機外側シールリング12は、ギャップSと第1のクリアランスC1および第2のクリアランスC2を機内圧力が高くなる前と同様に維持する。また、機内圧力を高くしたことに応じてシール油Lの供給圧力が高くなった場合、第1の弾性部材133および第2の弾性部材134は、機内圧力を高くする前に比べて強く機内側シールリング11および機外側シールリング12のそれぞれに押し当てられる。機内側シールリング11とケーシング13、機外側シールリング12とケーシング13の間の密閉性も強くなる。
Even if the
第1の弾性部材133および第2の弾性部材134としてネオプレーンゴムやウレタンゴム、シリコーンゴムなどが採用される。ケーシング13が変位することによって第1の弾性部材133や第2の弾性部材134が偏平する量は、ごくわずかであるので、求められる弾力性や密閉性を満足すれば、弾性部材の変わりにガスケットやパッキンなどを採用してもよい。
As the first
シール油Lの供給圧力は、機内圧力よりも高く設定される。したがって、機内圧力を高くする場合、ケーシング13内部のシール油Lの圧力とケーシング13の機外側の大気圧との差圧も大きくなる。このような場合、第2の弾性部材134のシール機能を補助するために、大気圧側にバックアップリングを第2の弾性部材134とともに装着する。
The supply pressure of the seal oil L is set higher than the in-machine pressure. Accordingly, when the in-machine pressure is increased, the differential pressure between the pressure of the seal oil L inside the
第4の実施形態の軸封装置10は、図7および図8を参照して説明する。図7および図8に示す軸封装置10において、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、曲面に形成されてケーシング13の内壁13Aに線接触している。また、機外側シールリング12の外向リム121の端面121Aも、曲面に形成されてケーシング13の内壁13Bに線接触している。そして、ケーシング13の機内側リップ131の先端面131Aおよび機外側リップ132の先端面132Aは、機内側シールリング11の側面113および機外側シールリング12の側面123から離れた状態である。
A
この軸封装置10は、図7および図8に示すように、さらに機内側スプリング16を備えている。機内側スプリング16は、機内側シールリング11の外周部に形成された溝114に装着され、機内側シールリング11をシャフト2の外周面に向けて付勢する。第4の実施形態の軸封装置10において、ケーシング13の機内側リップ131の先端面131Aおよび機外側リップ132の先端面132Aは、それぞれ機内側シールリング11の側面113および機外側シールリング12の側面123に対して離れている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
機内に面した機内側シールリング11には冷却媒体Gの圧力が掛かる。機内側リップ131が機内側シールリング11の側面113から離れていると、内向リム111の内周面111Bに冷却媒体Gの圧力を受けて、機内側シールリング11は、シャフト2の外周面から離れる方向、つまり第1のクリアランスC1を広げる方向へ付勢される。
The pressure of the cooling medium G is applied to the machine
このとき第4の実施形態の軸封装置10は、機内側スプリング16を備えているので、機内圧力を高くしても機内側シールリング11を機内圧力を高くする前と同じ大きさに第1のクリアランスC1を維持する。また、機内側スプリング16は、ケーシング13の内壁13Aに接触しないので、機内側シールリング11の内向リム111の曲面に形成された端面111Aをケーシング13の内壁13Aから引き離す方向へ作用しない。
At this time, since the
このように構成された軸封装置10において、シール油Lの供給圧力と、センタスプリング14、機外側スプリング15および機内側スプリング16の締付力とがバランスすることによって、ギャップSと第1のクリアランスC1および第2のクリアランスC2は、機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。
In the
第5の実施形態の軸封装置10は、図9および図10を参照して説明する。図9に示す軸封装置10において、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、曲面に形成されてケーシング13の内壁13Aに接している。機内側リップ131の先端面131Aおよび機外側リップ132の先端面132Aは、どちらも曲面に形成されている。機内側リップ131の先端面131Aは、機内側シールリング11の側面113に線接触し、機外側リップ132の先端面132Aは、機外側シールリング12の側面123に線接触している。
A
ケーシング13は、図9及び図10に示すようにシャフト2の軸心に沿う方向へ機内側リップ131の先端面131Aをケーシング13に対して変位させる内側スライド機構17を備えている。内側スライド機構17は、機内側リップ131が形成された摺動リング171と、この摺動リング171をケーシング13に保持する連結具172と、摺動リング171を機内側シールリング11の側面113に向けて押し出すバネ173とを備える。内側スライド機構17は、摺動リング171がケーシング13に対してスライドする部分において密閉性を維持するように設計されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
回転電機を分解したときにフレーム3とともに分割されるケーシング13の内周に摺動リング171が保持されるように、連結具172は、ケーシング13の周方向に沿って数箇所に配置されていればよい。バネ173は、摺動リング171を機内側シールリング11に向けて均等な力で押すように構成される。したがって、数箇所に分けて配置されていてもよいし、ケーシング13が分割されている大きさに合わせて一続きの円弧に形成されていてもよい。または、バネ173は、摺動リング171と連結具172との間に装着されてもよい。
The
この第5の実施形態において、ケーシング13は、機外側シールリング12よりも機外側かつケーシング13よりも外周の位置P1を支点に支持されている。したがって、機内側の圧力が高くなると、ケーシング13は、図10に示すように位置P1を支点に変位し、全体的にシャフト2に少し接近しつつ、機内側リップ131が機外側リップ132よりもシャフト2に近づくように傾く。
In the fifth embodiment, the
図10に示すようにケーシング13が機内圧力によって変位したことによって機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aがケーシング13の内壁13Aから離れても、第5の実施形態の軸封装置は、内側スライド機構17を備えているので、機内側リップ131の先端面131Aを機内側シールリング11の側面113に接触させた状態が維持される。
As shown in FIG. 10, even if the
図10に示すように機内圧力を高くした場合でも、機内側シールリング11とケーシング13、機外側シールリング12とケーシング13の間からシール油Lが流れ出ない。したがって、シール油Lの供給圧力と、センタスプリング14及び機外側スプリング15の締付力と、機内圧力とがバランスするので、ギャップSと第1のクリアランスC1および第2のクリアランスC2は、図9に示した機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。シール油LがギャップSから第1のクリアランスC1または第2のクリアランスC2を通って機内側及び機外側へ流れることによって、軸封装置10は、冷却媒体Gを機内に封止する。
As shown in FIG. 10, even when the in-machine pressure is increased, the seal oil L does not flow out between the in-
第6の実施形態の軸封装置10は、図11および図12を参照して説明する。図11に示す軸封装置10において、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、曲面に形成されてケーシング13の内壁13Aに線接触している。機内側リップ131の先端面131Aは、機内側シールリング11の側面113から離れている。機外側リップ132の先端面132Aは、曲面に形成されて機外側シールリング12の側面123に線接触している。また、外向リム121の内周面121Bから機外側リップ132の外周面132Bまでの距離は、内向リム111の内周面111Bから機内側リップ131の外周面131Bまでの距離よりも大きく形成されている。
A
この実施形態の軸封装置10は、図11及び図12に示すようにシャフト2の軸心に沿う方向へ機外側リップ132の先端面132Aをケーシング13に対して変位させる外側スライド機構18を備えている。外側スライド機構18は、機外側リップ132が形成された摺動リング181と、この摺動リング181をケーシング13に保持する連結具182と、摺動リング181を機外側シールリング12の側面123に向けて押し出すバネ183とを備えている。外側スライド機構18は、第5の実施形態における内側スライド機構17と同様に、摺動リング181がケーシング13に対してスライドする部分において密閉性を維持するように設計されている。
The
回転電機を分解したときにフレーム3とともに分割されるケーシング13の内周に摺動リング181が保持されるように、連結具182は、ケーシング13の周方向に沿って数箇所に配置されていればよい。バネ183は、摺動リング181を機外側シールリング12に向けて均等な力で押すように構成される。したがって、数箇所に分けて配置されていてもよいし、ケーシング13が分割される大きさに合わせて一続きの円弧に形成されていてもよい。または、バネ183は、摺動リング181と連結具182との間に装着されてもよい。
The
この第6の実施形態の軸封装置10において、ケーシング13は、センタスプリング14よりも機内側かつケーシング13よりも外周の位置P2を支点に支持されている。したがって、機内側の圧力が高くなると、ケーシング13は、図12に示すように位置P2を支点に変位し、全体的にシャフト2から少し離れつつ、機外側リップ132が機内側リップ131よりもシャフト2から離れるように傾く。
In the
このとき、機内側リップ131の先端面131Aが機内側シールリング11の側面113から離れているので、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aは、ケーシング13の内壁13Aに線接触した状態に維持される。また、機外側シールリング12の外向リム121の内周面121Bは、図12に示すようにケーシング13が機内圧力によって傾いた場合でも、機外側リップ132の外周面132Bに当接しない程度に十分に離れている。したがって、機外側シールリング12は、シャフト2に対して第2のクリアランスC2を一定に維持する。
At this time, since the
機内側シールリング11及び機外側シールリング12に対してケーシング13が傾いたことによって、機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aがケーシング13の内壁13Aに対して線接触する位置から機外側リップ132の先端面132Aが機外側シールリング12の側面123に対して線接触する位置までの距離が短くなる。この軸封装置10は、外側スライド機構18を備えているので、機外側リップ132の先端面132Aは、機外側シールリング12の側面123に線接触した状態に維持される。
The
機内圧力を高くした場合でも、図12に示すように機内側シールリング11とケーシングの間、機外側シールリング12とケーシング13の間からシール油Lが流出しない。したがって、シール油Lの供給圧力と、センタスプリング14及び機外側スプリング15の締付力と、回転電機の機内圧力とがバランスするので、ギャップSと第1のクリアランスC1および第2のクリアランスC2は、図11に示す機内圧力が高くなる前と同じ状態に維持される。そして、シール油LがギャップSから第1のクリアランスC1または第2のクリアランスC2を通ってきな側及び機外側へ流れることによって、軸封装置10は、冷却媒体Gを機内に封止する。
Even when the in-machine pressure is increased, the seal oil L does not flow out between the in-
以上のように、第1から第6の実施形態の軸封装置10によれば、回転子や固定子のコイルを冷却する能力を高めるために回転電機の機内圧力を高くした場合でも、機内側シールリング11及び機外側シールリング12は、機内圧力を高くする前と同じ状態に維持される。シール油Lの循環経路となるギャップSと第1のクリアランスC1及び第2のクリアランスC2が機内圧力を高くする前と後とで変化することなく一定に保たれるので、軸封装置10は、機内圧力を高くしても機内圧力が低いときと同様に冷却媒体を機内に封止する。この軸封装置10を採用する回転電機は、定格運転中の機内圧力を高めて回転子や固定子のコイルを効率よく冷却することで、発電効率が向上し、環境負荷を減らすことができる。
As described above, according to the
上述の第1から第6の実施形態の各軸封装置10のそれぞれの構成は、構造上の矛盾を生じない限り、適宜組み換えて構成させてもよい。例えば、第3の実施形態の軸封装置10の第1の弾性部材133および第2の弾性部材134を第1および第4の実施形態の軸封装置10のそれぞれ同じ部位、または、第2の実施形態の軸封装置10の機内側シールリング11の内向リム111の端面111Aとケーシング13の内壁13Aの間および機外側シールリング12の外向リム121の内周面121Bとケーシングの機外側リップ132の外周面132Bの間に、それぞれ採用してもよい。
The respective configurations of the
また、第1から第6の実施形態の軸封装置10は、いずれもケーシング13の内壁13A,13Bが平坦に形成されているのに対して、ケーシング13が機内圧力の変化に応じて変位する場合に機内側シールリング11の内向リム111の曲面に形成された端面111Aおよび機外側シールリング12の外向リム121の曲面に形成された端面121Aにそれぞれ線接触する形状であれば、それぞれの端面111A,121Aよりも曲率半径が大きい緩やかな凹曲面に形成されていてもよい。
Also, in the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the spirit and scope of the invention, and in the invention described in the claims and equivalents thereof.
1…回転電機、2…シャフト、3…フレーム、10…軸封装置、11…機内側シールリング、111…内向リム、111A…端面、111B…内周面、113…側面、114…溝、12…機外側シールリング、121…外向リム、121A…端面、121B…内周面、123…側面、13…ケーシング、13A…(機内側の)内壁、13B…(機外側の)内壁、131…機内側リップ、131A…先端面、131B…外周面、132…機外側リップ、132A…先端面、132B…外周面、133…第1の弾性部材、14…センタスプリング、15…機外側スプリング、16…機内側スプリング、17…内側スライド機構、18…外側スライド機構、G…冷却媒体、C1…第1のクリアランス、C2…第2のクリアランス、S…ギャップ、L…シール油、P1…機外側シールリングよりも機外側かつケーシングよりも外周の位置、P2…センタスプリングよりも機内側かつケーシングよりも外周の位置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary electric machine, 2 ... Shaft, 3 ... Frame, 10 ... Shaft seal device, 11 ... Machine inner side seal ring, 111 ... Inward rim, 111A ... End surface, 111B ... Inner peripheral surface, 113 ... Side surface, 114 ... Groove, 12 ... Outside seal ring, 121 ... Outward rim, 121A ... End face, 121B ... Inner peripheral surface, 123 ... Side, 13 ... Case, 13A ... Inner wall (inside the machine), 13B ... Inner wall (outside the machine), 131 ... machine Inner lip, 131A ... tip surface, 131B ... outer peripheral surface, 132 ... outer lip, 132A ... tip surface, 132B ... outer peripheral surface, 133 ... first elastic member, 14 ... center spring, 15 ... outer spring, 16 ... In-machine spring, 17 ... inner slide mechanism, 18 ... outer slide mechanism, G ... cooling medium, C1 ... first clearance, C2 ... second clearance, S ... gap, L Seal oil, P1 ... position on the outer circumference than the outboard side and the casing than the outboard seal ring, the position of the outer periphery than the inboard side and the casing than P2 ... center spring.
Claims (15)
前記シャフトの外周面の全周にわたって第1のクリアランスを有して装着され機内側へ突出する内向リムを外周部に有する機内側シールリングと、
前記シャフトの外周面の全周にわたって第2のクリアランスを有し前記機内側シールリングに対してギャップを空けて機外寄りに装着され機外側へ突出する外向リムを外周部に有する機外側シールリングと、
前記フレームに支持され前記内向リム及び前記外向リムの外周を囲いシール油が供給されるケーシングと、
前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングに外周側から当接し前記ギャップを広げるとともに前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングを前記シャフトに向かって締め付ける方向に作用するセンタスプリングと、
を備え、
前記ケーシングは、前記シャフトの軸心を中心とする円に沿って前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングの少なくとも一方と線接触することによって、前記シール油を封止し、
前記機内側シールリング及び前記機外側シールリングは、前記ギャップから前記第1のクリアランス及び前記第2のクリアランスへ前記シール油を流通させる
ことを特徴とする軸封装置。 A shaft seal device that is installed between a shaft and a frame of a rotating electric machine and encloses a cooling medium in the machine,
An in-machine seal ring having an inward rim mounted on the outer periphery of the shaft with a first clearance around the entire circumference of the outer periphery of the shaft;
An outboard seal ring having a second clearance over the entire circumference of the outer peripheral surface of the shaft and having an outward rim mounted on the outside of the machine with a gap with respect to the inboard seal ring and projecting outward from the machine. When,
A casing that is supported by the frame and that surrounds the outer periphery of the inward rim and the outward rim and is supplied with sealing oil;
A center spring that contacts the inner seal ring and the outer seal ring from the outer peripheral side to widen the gap and acts in a direction to tighten the inner seal ring and the outer seal ring toward the shaft;
With
The casing seals the seal oil by making line contact with at least one of the inner seal ring and the outer seal ring along a circle centered on the shaft axis.
The shaft seal device, wherein the inner seal ring and the outer seal ring distribute the seal oil from the gap to the first clearance and the second clearance.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 2. The shaft seal device according to claim 1, wherein an end surface of the inward rim is formed in a curved surface that comes into line contact with an inner wall of the casing.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 2. The shaft seal device according to claim 1, wherein an end surface of the outward rim is formed in a curved surface that is in line contact with an inner wall of the casing.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 The casing has an outboard lip extending between the outward rim and the outer peripheral surface of the shaft, and a tip surface of the outboard lip is in line contact with a side surface of the outboard seal ring facing the outboard side. The shaft seal device according to claim 1, wherein the shaft seal device is formed on a curved surface.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 The casing has an inboard lip extending between the inward rim and the outer peripheral surface of the shaft, and a front end surface of the inboard lip makes line contact with a side surface of the inboard seal ring facing the inboard side. The shaft seal device according to claim 1, wherein the shaft seal device is formed in a curved surface.
ことを特徴とする請求項2に記載された軸封装置。 The casing has an inboard lip extending between the inward rim and the outer peripheral surface of the shaft and having a groove formed at the tip, and an elastic member that contacts an inward side surface of the inboard seal ring. The shaft seal device according to claim 2, wherein the shaft seal device is attached to the groove.
ことを特徴とする請求項2に記載された軸封装置。 The casing has an inboard lip extending between the inward rim and the outer peripheral surface of the shaft, and a front end surface of the inboard lip is separated from a side of the inboard seal ring facing the inboard side. The shaft seal device according to claim 2, wherein:
をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載された軸封装置。 An outboard spring is further provided that abuts the outer periphery of the outward rim of the outboard seal ring and the inner wall of the casing and biases the outboard seal ring toward the inboard and the outer peripheral surface of the shaft. Item 3. A shaft seal device according to item 2.
ことを特徴とする請求項8に記載された軸封装置。 The shaft seal device according to claim 8, wherein a tightening force of the outboard spring is smaller than a tightening force of the center spring.
をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載された軸封装置。 The apparatus further comprises an in-machine spring that is mounted in a groove formed in an outer peripheral portion of the inward rim of the in-machine seal ring and biases the in-machine seal ring toward the outer peripheral surface of the shaft. 3. The shaft seal device described in 3.
ことを特徴とする請求項5に記載された軸封装置。 The casing includes an inner slide mechanism for displacing the tip surface in a direction along the axis of the shaft in order to maintain a state where the tip surface of the inner lip is in line contact with a side surface of the inner seal ring. The shaft seal device according to claim 5, wherein the shaft seal device is provided.
ことを特徴とする請求項4に記載された軸封装置。 The casing includes an outer slide mechanism for displacing the tip surface in a direction along the axis of the shaft in order to maintain a state in which the tip surface of the outer lip is in line contact with a side surface of the outer seal ring. The shaft seal device according to claim 4, wherein the shaft seal device is provided.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 2. The shaft seal device according to claim 1, wherein the casing is supported by a fulcrum at a position on the outer side of the machine outer seal ring and on the outer periphery of the casing.
ことを特徴とする請求項1に記載された軸封装置。 2. The shaft seal device according to claim 1, wherein the casing is supported by a fulcrum at an inner side of the center spring and an outer periphery of the casing.
ことを特徴とする請求項14に記載された軸封装置。 The distance from the inner peripheral surface of the outward rim to the outer peripheral surface of the outboard lip is formed larger than the distance from the inner peripheral surface of the inward rim to the outer peripheral surface of the inboard lip. Item 15. A shaft seal device according to Item 14.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010256101A JP2012110102A (en) | 2010-11-16 | 2010-11-16 | Shaft seal device of rotary electric machine |
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WO2020048167A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | 南京高崎电机有限公司 | New energy drive motor |
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2010
- 2010-11-16 JP JP2010256101A patent/JP2012110102A/en not_active Withdrawn
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