JP2020184874A

JP2020184874A - 発電機界磁のダンパ＆ばねロック機構

Info

Publication number: JP2020184874A
Application number: JP2020067306A
Authority: JP
Inventors: ベンジャミン・エー．・マンキューソ; A Mancuso Benjamin; カーティス・エム．・エベール; M Hebert Curtis; スコット・エリック・ベルナップ; Eric Belknap Scott
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: KR20200126902A; US11289964B2; CN111853138A; US20200350795A1; KR102807949B1; JP7570819B2; EP3734807A1

Abstract

【課題】発電機のウェッジおよび保持リングの少なくとも１つの周りで使用するダンパ−ばねアセンブリを提供する。【解決手段】本出願は、発電機（６４）のウェッジ（１０４）および保持リング（１０２）の少なくとも１つの周りで使用するダンパ−ばねアセンブリ（１２０）を提供する。ダンパ−ばねアセンブリ（１２０）は、ダンパ（１１０）と、ばね（１１２）と、クリページブロック（１１４）と、ダンパ（１１０）、ばね（１１２）、およびクリページブロック（１１４）を通って延びるロック機構（１３０）とを含んでもよい。【選択図】図７

Description

本出願および結果として得られる特許は、一般に、発電機に関し、より具体的には、構成要素の移行を防止するためにダンパ−ばねアセンブリのロック機構を備えた複合サイクルシステムなどで使用される発電機に関する。

発電機界磁は、意図しない回転子表面電流を伝導するように設計されたダンパシステムを有することができる。このような回転子表面電流は、電動始動、通常動作、および異常動作中に生成され得る。ダンパシステムは、回転子ウェッジのダブテールに位置決めされた薄い金属導電性部品のアセンブリであり得る。静的始動（すなわち、電動始動）用に設計されたダンパシステムはまた、低速動作中に確実な接触を提供するためのばねを有することができる。これらの構成要素は、長期の周期的な（始動および熱）動作で軸方向に移行することがある。そのような移行は、使用中の通気の遮断および／または電気的地絡をもたらす可能性があり、すなわち、帯電した巻線への電気絶縁が損なわれる可能性がある。そのため、ダンパシステムの構成要素を軸方向に保持することで、長期的な信頼性および性能を向上させることができる。

したがって、本出願および結果として得られる特許は、発電機のウェッジおよび保持リングの少なくとも１つの周りで使用するダンパ−ばねアセンブリを提供する。ダンパ−ばねアセンブリは、ダンパと、ばねと、クリページブロックと、ダンパ、ばね、およびクリページブロックを通って延びるロック機構とを含んでもよい。

本出願および結果として得られる特許は、ダンパ−ばねアセンブリを発電機に設置する方法をさらに提供する。方法は、ダンパ−ばねアセンブリのダンパ、ばね、およびクリページブロックを通る開口を形成するステップと、ロック機構を開口に挿入するステップと、発電機のウェッジおよび保持リングの少なくとも１つに隣接してダンパ−ばねアセンブリを位置決めするステップとを含んでもよい。

本出願および結果として得られる特許は、発電機のウェッジおよび保持リングの少なくとも１つの周りで使用するダンパ−ばねアセンブリをさらに提供する。ダンパ−ばねアセンブリは、ダンパと、ばねと、クリページブロックと、ダンパ、ばね、およびクリページブロックを通って延びるピンとを含んでもよい。ピンは、ウェッジまたは保持リングに隣接して位置決めされてもよい。

本出願および結果として得られる特許のこれらのおよび他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。

本明細書で説明することができる例示的なガスタービン複合サイクルシステムの概略図である。図１のガスタービン複合サイクルシステムで使用する例示的な発電機の断面図である。図２の発電機の例示的な発電機回転子の平面図である。図３の発電機回転子と共に使用するダンパシステムの部分平面図である。図４のダンパシステムの側面図である。図４のダンパシステムの概略図である。本明細書で説明することができるダンパシステムの概略図である。本明細書で説明することができるダンパシステムの代替の実施形態の概略図である。図７および図８のダンパシステムと共に使用するピンの斜視図である。図７および図８のダンパシステムと共に使用するピンの代替の実施形態の斜視図である。図７および図８のダンパシステムと共に使用するピンの代替の実施形態の斜視図である。

ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して同様の番号は同様の要素を指しており、図１は、複合サイクル発電システム１０の例示的な実施形態の概略図である。複合サイクル発電システム１０は、ガスタービンと、蒸気タービンと、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）とを含むことができる。具体的には、複合サイクルシステム１０は、第１の発電機１４を駆動して電力を発生するためのガスタービン１２を含み得る。ガスタービン１２は、タービン１６と、燃焼器１８と、圧縮機２０とを含むことができる。複合サイクルシステム１０はまた、第２の発電機２４を駆動するための蒸気タービン２２を含み得る。蒸気タービン２２は、低圧セクション２６（ＬＰＳＴ）と、中圧セクション２８（ＩＰＳＴ）と、高圧セクション３０（ＨＰＳＴ）とを含むことができる。本明細書に示すように、ガスタービン１２および蒸気タービン２２は別個の発電機１４および２４を駆動することができるが、ガスタービン１２および蒸気タービン２２はまた、単一のシャフトを介して単一の負荷を駆動するためにタンデムで利用されてもよい。本明細書に記載の発電機および構成要素などは、他のタイプの発電システムに組み込まれてもよい。

複合サイクルシステム１０はまた、多段排熱回収ボイラ３２を含み得る。ガスタービン１２からの加熱された排気ガス３４は、排熱回収ボイラ３２に向けられ、蒸気タービン２２に電力を供給するために使用される蒸気を加熱することができる。蒸気タービン２２の低圧セクション２６からの排気は、復水器３６に向けることができる。次に、復水器３６からの復水は、復水ポンプ３８の助けを借りて、排熱回収ボイラ３２の低圧セクションに向けられ得る。

図２は、図１の複合サイクル発電システム１０または様々な他のタイプの発電システムにおいて発電機１４および／または発電機２４として機能することができる発電機６４の例の断面図である。発電機６４は、環状フレーム６６と、回転子６８と、固定子７０と、シャフト７２とを含むことができる。シャフト７２は、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、水力タービン、内燃機関、または回転出力を提供するように構成された任意の他の適切なデバイスによって回転するように駆動されてもよい。シャフト７２は、磁気コアの周りのワイヤ巻線を含むことができる、実質的に円筒形の回転子６８に結合することができる。回転子６８は、静止磁場を提供するように構成される固定子７０内に配置され得る。固定子７０内の回転子６８の回転は、電流をワイヤ巻線内に生成し、それによって発電機６４から電気出力を発生する。上述のように、発電機６４の高サイクルデューティは、経時的に発電機６４およびその中の構成要素の性能劣化をもたらす可能性がある。

図３は、図２の発電機６４の発電機回転子６８の一実施形態の平面図である。示すように、回転子６８は、一端に機械モードまたはパワータービン継手などの継手９０を備えたシャフト７２を含むことができる。シャフトは軸方向８６に延び、回転子６８を円周方向８８に回転させる。さらに、回転子６８は、シャフト７２から半径方向９０に延びる。シャフト７２の他端には、回転子界磁巻線のための電気的接合を提供するコレクタリング９２が存在し得る。コレクタリング９２に隣接して、コレクタファン９４が位置し得る。回転子６８は、コイル巻線９８を保持する大きな直径の本体９６を有することができる。コイル巻線９８は、回転子６８の中央から回転子本体９６の軸方向８６の端部まで半径方向９０に外向きに延びる軸方向８６に配向したスロットに配置することができる。

図４〜図６は、回転子６８などと共に使用するダンパ−ばねアセンブリ１００を示す。ダンパ−ばねアセンブリ１００は、回転子６８の巻線９８の上の保持リング１０２とウェッジ１０４との間、およびガラス充填材１０６とリング絶縁体１０８との間に位置決めすることができる。ダンパ−ばねアセンブリ１００は、ダンパ１１０と、ばね１１２と、クリページブロック１１４とを含むことができる。発電機６４の旋回速度／低速において、クリページブロック１１４および巻線９８は、クリページブロック１１４が軸方向にシフトすることができるようにある程度緩んでいてもよい。発電機６４の定格速度において、構成要素のすべては、発生する遠心力によって半径方向外向きに圧縮されてもよい。電場が励起され、電流が定格出力まで上昇すると、巻線９８は加熱され、軸方向に膨張し得る。したがって、本明細書の構成要素は、軸方向の停止部に到達するまで、相対摩擦係数に応じて軸方向にスライドすることができる。

図７および図８は、本明細書で説明することができるダンパ−ばねアセンブリ１２０の例を示す。ダンパ−ばねアセンブリ１２０は、上述のように、ダンパ１１０と、ばね１１２と、クリページブロック１１４とを含むことができる。ダンパ−ばねアセンブリ１２０はまた、ロック機構１３０を含み得る。ロック機構１３０は、ピン１４０または他のタイプの機械的閉鎖の形態をとることができる。ピン１４０は、鋼などの金属またはガラスエポキシなどの非金属などから作製され得る。ピン１４０は、シャフト１５０およびヘッド１６０を備えた段階的な構成を有することができる。ヘッド１６０の直径は、シャフト１５０の直径よりも大きくてもよい。ピン１４０は、ダンパ−ばねアセンブリ１００の構成要素の各々を通してドリルされた、または別の方法で形成された開口１７０を通って延びることができる。具体的には、ダンパ開口１８０、ばね開口１９０、およびクリページブロック開口２００を形成することができる。ダンパ開口１８０は、ピン１４０のシャフト１５０とヘッド１６０の相対的なサイズのため、ばね開口１９０およびクリページブロック開口２００よりも直径が大きくなり得る。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。

図７に示すように、ピン１４０および開口１７０は、ウェッジ１０４の下に位置決めされ得る。あるいは、図８に示すように、ピン１４０および開口１７０は、保持リング１０２の下に位置決めされてもよく、そこで回転子鍛造品を覆う。ピン１４０は、構成要素の半径方向の通気孔のいずれかの上またはそれに隣接して位置決めされるべきではない。むしろ、ピン１４０および開口１７０は、構成要素の予め中実のセクションに位置する。さらに、本明細書に示すウェッジ１０４および保持リング１０２の構成の代わりに、ピン１４０および開口１７０は、ウェッジ／ウェッジ構成におけるいずれかのウェッジ１０４の下で使用されてもよい。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。

ピン１４０は、ダンパ１１０、ばね１１２、およびクリページブロック１１４を軸方向に共にロックし、構成要素間の相対運動を防止する。上述したように、ダンパ１１０におけるダンパ開口１８０およびピン１４０の直径は、ばね１１２およびクリページブロック１１４のものよりも大きい。ピン１４０のこの段階的な直径は、ダンパ１１０上に位置しているウェッジ１０４と共に、ピン１４０を所定の位置に半径方向にロックするように作用する。これは、スロット内のクリアランス、したがってクリページブロック１１４の半径方向の移動がしばしばダンパ１１０の厚さ（したがって、ダンパ１１０へのピン１４０の係合）を超えるために重要である。この半径方向の保持がない場合、ピン１４０は、ユニットがギアを旋回している間に構成要素から外れる可能性がある。

図９〜図１１は、ピン１４０の代替の実施形態を示す。ヘッド１６０、および／またはシャフト１５０、および／またはダンパ開口１８０はその上にねじ２１０を有し得、それによりピン１４０は、ねじ２１０を介してトルクによって半径方向にロックおよび取り外され得る。同様に、ピン１４０は、メンテナンスのための容易な取り外し／分解のために、図１０に示すような雌ねじ２２０などの内部構造、または図１１に示すような六角ドライブもしくはスロットドライブなどのドライブ２３０を有し得る。ピン１４０はまた、図１０に示すようにリブ付き、ギザギザ付き、または隆起した表面２４０を有し得、これはダンパ１１０と干渉するように作用し、共に構成要素をロックする締まりばめを形成する。同様に、開口１７０は、その中に付随するロック特徴を有することができる。加えて、ピン１４０は、接着剤またはエポキシなどによりダンパ１１０またはクリページブロック１１４にロックされてもよい。加えて、ピン１４０は、ろう付けまたは溶接プロセスによりダンパ１１０に位置してもよい。他の構成要素および他の構成を、本明細書において使用してもよい。

ダンパ１１０およびばね１１２をクリページブロック１１４に機械的に接続することによって、使用中に見られる大量の熱力を抑制する能力を必要とすることなく、部品の移行を軽減することができる。具体的には、構成要素をクリページブロック１１４に取り付けることによって、移行を駆動する力の源、すなわち、クリページブロック１１４とばね１１２および／またはダンパ１１０との間の相対摩擦および相対運動が除去される。

加えて、通気孔から離してピン１４０を位置させることによって、いくつかの利点が存在する：（１）ピン材料は、より高い強度およびより容易に入手可能な部品を可能にする非導電性材料で作製する必要がない、（２）ピン１４０は、（保持リングの焼きばめ位置などの）組立／分解のためにより接近可能な場所に位置してもよく、これにより技術者にとって組立および分解がはるかに容易になる、（３）雄ねじ２１０または雌ねじ２２０および上述の他の構造を組み込んで、確実なロックおよび容易な取り外しを促進することができる。また、この解決策は、ほとんどすべての部品の再利用を可能にし（ほとんどの場合）、ダンパ１１０、ばね１１２、およびクリページブロック１１４を修正（ドリル）し、迅速に入手可能な低コストのピン１４０を調達することによって実装することができる。そのため、これは、サイクルタイムが短く、比較的低コストのジョブに実装することが可能である。この解決策はまた、最小限の再設計作業で異なるモデルタイプに適用することができる。

ダンパ−ばねアセンブリ１２０は複合サイクル発電システム１０との関連で説明されてきたが、アセンブリは、単純なサイクルのガスタービン発電機などにも同等に適用可能である。他のタイプの発電機もまた、本明細書において使用してもよい。

上記は、本出願および結果として得られる特許の特定の実施形態のみに関するものであることは明らかである。当業者であれば、以下の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明の一般的な趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において数多くの変更および修正を行うことができる。

１０複合サイクル発電システム
１２ガスタービン
１４第１の発電機
１６タービン
１８燃焼器
２０圧縮機
２２蒸気タービン
２４第２の発電機
２６低圧セクション
２８中圧セクション
３０高圧セクション
３２多段排熱回収ボイラ
３４排気ガス
３６復水器
３８復水ポンプ
６４発電機
６６環状フレーム
６８発電機回転子
７０固定子
７２シャフト
８６軸方向
８８円周方向
９０継手／半径方向
９２コレクタリング
９４コレクタファン
９６回転子本体
９８コイル巻線
１００ダンパ−ばねアセンブリ
１０２保持リング
１０４ウェッジ
１０６ガラス充填材
１０８リング絶縁体
１１０ダンパ
１１２ばね
１１４クリページブロック
１２０ダンパ−ばねアセンブリ
１３０ロック機構
１４０ピン
１５０シャフト
１６０ヘッド
１７０開口
１８０ダンパ開口
１９０ばね開口
２００クリページブロック開口
２１０雄ねじ
２２０雌ねじ
２３０ドライブ
２４０表面

Claims

発電機（６４）のウェッジ（１０４）および保持リング（１０２）の少なくとも１つの周りで使用するダンパ−ばねアセンブリ（１２０）であって、
ダンパ（１１０）と、
ばね（１１２）と、
クリページブロック（１１４）と、
前記ダンパ（１１０）、前記ばね（１１２）、および前記クリページブロック（１１４）を通って延びるロック機構（１３０）と
を備える、ダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ロック機構（１３０）は、前記ウェッジ（１０４）に隣接して位置決めされる、請求項１に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ロック機構（１３０）は、前記保持リング（１０２）に隣接して位置決めされる、請求項１に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ロック機構（１３０）は、ピン（１４０）を備える、請求項１に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ピン（１４０）は、シャフト（１５０）と、ヘッド（１６０）とを備える、請求項４に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記シャフト（１５０）は、第１の直径を含み、前記ヘッド（１６０）は、第２の直径を含み、前記第２の直径は、前記第１の直径よりも大きい場合がある、請求項５に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ピン（１４０）は、雄ねじ（２１０）を備える、請求項４に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ピン（１４０）は、雌ねじ（２２０）を備える、請求項４に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ピン（１４０）は、その上にドライブ（２３０）を備える、請求項４に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ピン（１４０）は、ギザギザ付きの表面（２４０）を備える、請求項４に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ダンパ（１１０）は、貫通するダンパ開口（１８０）を備える、請求項１に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ばね（１１２）は、貫通するばね開口（１９０）を備える、請求項１１に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記クリページブロック（１１４）は、貫通するクリページブロック開口（２００）を備える、請求項１２に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。
前記ダンパ開口（１８０）は、前記ばね開口（１９０）および前記クリページブロック開口（２００）よりも大きい、請求項１３に記載のダンパ−ばねアセンブリ（１２０）。