JP2748708B2 - 横軸水車発電機の軸受冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、横軸水車発電機の回
転軸にヒートパイプを形成した自蔵軸受装置の軸受冷却
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】約１０００ｋｗ以上の横軸水車発電機の
軸受の冷却は、通常水冷のオイルクーラによって潤滑油
を冷却し、潤滑油を潤滑ポンプによって循環している。
図２はジャーナル軸受１およびスラスト軸受３を備えた
従来の水冷オイルクーラ１０による軸受冷却装置を示
し、ジャーナル軸受１およびスラスト軸受３から発生す
る熱は、潤滑油５に吸収される。熱を吸収した潤滑油は
別置された給水ポンプ１３および給水配管１４を備えた
水冷オイルクーラ１０で冷却され、ジャーナル軸受１お
よびスラスト軸受３へ循環される。しかし、潤滑油５の
冷却に水冷オイルクーラ１０を使用すると、油ポンプ１
１および油配管１２等の設備の保守，点検に労力を要す
る欠点があった。また汚れた冷却水を使用すれば、給水
配管１４に目づまりを生じたり、給水配管１４に腐食を
生じて漏水事故を発生することがあった。

【０００３】図３は従来例による横軸水車発電機の回転
軸ヒートパイプを利用した軸受冷却装置を示し、２は軸
受スタンド，４は回転軸、６はランナー、７は回転軸ヒ
ートパイプ、８は蒸気空間、２０は作動液、２２はスラ
ストカラーである。図３において回転軸４の内部を中空
として作動液２０を封入し、軸受側を発熱部としてラン
ナー６の蒸気空間８を冷却部とするヒートパイプを形成
している。図３において、ジャーナル軸受１およびスラ
スト軸受３で発生した熱の大部分は回転軸ヒートパイプ
７へ熱が流入するが、この際スラスト軸受３は発熱部
とヒートパイプ蒸発面までの熱伝導の距離が長い。ス
ラストカラー２２内の熱伝導およびヒートパイプ蒸発面
での熱流束が大きい。スラストカラー２２は通常厚さ
が一様に設計するためスラストカラー２２の発熱部から
回転軸の中心部へ向かうにしたがい熱伝導面積が小さく
なるとともに、蒸発面の面積も小さくなる。

【０００４】図４は他の従来例による横軸水車発電機の
回転軸ヒートパイプを利用した軸受冷却装置の断面図で
ある。図４の例では、スラストカラー２２にスラストカ
ラー中空部９を設け、このスラストカラー中空部９を回
転軸ヒートパイプ７の蒸気空間８と連通させている。こ
の構造によりスラストカラー２２内の熱伝動を良くし、
かつヒートパイプ蒸発面での熱流束を少なくする。さら
にランナーボス側の回転軸４を覆うリング１５内に通水
させて回転軸４を冷却する冷却部２３を備えている。

【０００５】横軸回転電機は軸受の保守，点検の簡易化
を狙って自蔵軸受装置が用いられる。図５は従来例によ
る自蔵軸受装置の断面図である。図５の如くジャーナル
軸受１とスラスト軸受３とからなる自蔵軸受装置は、ジ
ャーナル軸受１およびスラストカラー２２の外周に配置
されたオイルガイドリング２２ａの下半分は軸受ハウジ
ング２５に固定されていて、潤滑油は軸受スタンド２の
下部の油槽２７に溜められている。この油槽２７に溜め
られた潤滑油は、回転軸４が回転するとスラストカラー
２２の回転により生ずる粘性ポンプ作用で給油孔２８よ
り吸い込まれ、オイルガイドリング２２ａとスラストカ
ラー２２外周とで形成された隙間を流れてオイルガイド
リング２２ａをほぼ一周し、オイルガイドリング２２ａ
に設けられている切欠より油室２９に流出する。油室２
９を充満した潤滑油はここで２つに分流し、一方はスラ
スト軸受３を潤滑ならびに冷却した後、軸受ハウジング
２５の上部に設けられた孔３０を通り、さらに溝３１お
よび排油管１８を通って再び油槽に戻る。また他方はジ
ャーナル軸受３と回転軸４との隙間を通ってジャーナル
軸受１を潤滑ならびに冷却した後、直接油槽２７に戻
る。

【０００６】従来の横軸水車発電機の軸受冷却装置で
は、出力が増大するとスラストカラーの発熱部からヒー
トパイプ表面までの熱抵抗の増大と、ヒートパイプの蒸
発面での熱流束が大きくなることによる熱抵抗の増大に
より、軸受の温度が許容値以上となるため、出力約１０
００ｋｗ以上の横軸水車発電機の軸受冷却装置へのヒー
トパイプの適用は困難であった。

【０００７】この発明は、横軸水車発電機のジャーナル
軸受およびスラスト軸受から発生する熱を回転軸ヒート
パイプによって冷却するさいに、自蔵軸受装置の冷却効
率を高め、軸受温度を許容値以下に下げることができ、
出力１０００ｋｗ以上の横軸水車発電機の軸受冷却に適
用できるとするような軸受冷却装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ランナーと直結する回転
軸が、スラストカラーの外周にオイルガイドを備えスラ
ストカラーの回転により油槽の潤滑油を前記ジャーナル
軸受およびスラスト軸受に供給するジャーナル軸受およ
びスラスト軸受からなる自蔵軸受装置により水平に支承
され、前記回転軸の内部に前記ジャーナル軸受およびス
ラスト軸受を発熱部とし、水路に露出するランナ側通水
部およびランナー側の回転軸を冷却する冷却部を凝縮部
とする回転軸ヒートパイプを形成する横軸水車発電機に
おいて、前記スラスト軸受のスラストカラーにスラスト
カラー中空部を備え、このスラストカラー中空部を前記
回転軸ヒートパイプの発熱部の蒸気空間に連通させると
ともに、前記自蔵軸受装置の排油管に前記冷却部から通
水させて熱交換する熱交換機構を設け、この熱交換機構
により前記自蔵軸受装置の潤滑油を冷却するようにし
て、上記目的を達成する。

【０００９】さらに、請求項１記載の横軸水車発電機の
軸受冷却装置において、自蔵軸受装置の軸受スタンドか
ら外部に張り出す排油管と、この排油管の外周を覆うジ
ャケットと、冷却部のリングから水を分岐して前記ジャ
ケットに通水する通水管とからなる熱交換機構を設け、
この熱交換機構により前記自蔵軸受装置の潤滑油を冷却
するようにすれば、好適である。

【００１０】

【作用】この発明は、スラスト軸受のスラストカラーに
中空部を備え、この中空部を回転軸ヒートパイプの発熱
部の上記空間に連通させることにより、スラストカラー
の肉厚を薄くしてスラストカラー内部の熱伝動抵抗と、
ヒートパイプの蒸発面での熱抵抗を低減させる。さら
に、スラストカラーの回転により油槽の潤滑油をジャー
ナル軸受およびスラスト軸受に供給する自蔵軸受装置の
排油管に、冷却部から通水させて熱交換する熱交換機構
を設け、潤滑油を冷却部の水で冷却してジャーナル軸受
およびスラスト軸受に供給し、回転軸ヒートパイプによ
る軸受の冷却に加えてこの自蔵軸受装置を冷却するの
で、軸受温度を許容値以下に保つことができる。

【００１１】

【実施例】図１はこの発明の実施例による横軸水車発電
機の軸受冷却装置の断面図である。図において、ランナ
ー６と回転軸４がケーシングを貫通し、回転軸４を軸受
スタンド２に収納された図示されないジャーナル軸受お
よびスラスト軸受からなる自蔵軸受装置により水平に支
承している。ランナボス側の回転軸を覆うリング１５に
バランスパイプから水を供給するとともに、ランナボス
部と上蓋面との漏水を集めて通水させて回転軸４を冷却
する冷却部を備えている。回転軸４を中空とし、作動液
を封入してジャーナル軸受およびスラスト軸受を発熱部
とし、水路に露出するランナー側通水部および冷却部２
３を凝縮部とする回転軸ヒートパイプを形成している。
さらに、図４のごとくスラストカラー２２にスラストカ
ラー中空部９を設け、このスラストカラー中空部９を回
転軸ヒートパイプ７の発熱部の蒸気空間と連通させてい
る。

【００１２】回転軸４が回転すると、ジャーナル軸受お
よびスラスト軸受が発熱し、熱は潤滑油５に伝えられ、
一方スラストカラー中空部９の熱は、回転軸ヒートパイ
プ７の表面に伝達され、さらにランナー６に達し放熱す
るとともに、ランナーボス側の冷却部２３で放熱する。
スラストカラー２２が発熱すると熱は作動液の伝熱面に
伝えられ、この面から作動液が熱を受けて蒸発する。こ
の蒸気はスラストカラー中空部９から圧力の低い蒸気空
間８へ流れ、さらに温度の低いランナー６側へ移動す
る。移動した蒸気はランナ側の冷却部の壁面に接して冷
却され凝縮して液体となる。この液は遠心力によりスラ
ストカラー２２側へ戻される。

【００１３】自蔵軸受装置の構成は図５のごとくであ
り、ジャーナル軸受１およびスラストカラー２２の外周
に配置されたオイルガイドリング２２ａの下半分は軸受
ハウジング２５に固定されていて、潤滑油は軸受スタン
ド２の下部の油槽２７に溜められている。この油槽２７
に溜められた潤滑油は、回転軸４が回転するとスラスト
カラー２２の回転により生ずる粘性ポンプ作用で給油孔
２８より吸い込まれ、オイルガイドリング２２ａとスラ
ストカラー２２外周とで形成された隙間を流れてオイル
ガイドリング２２ａをほぼ一周し、オイルガイドリング
２２ａに設けられている切欠より油室２９に流出する。
油室２９を充満した潤滑油はここで２つに分流し、一方
はスラスト軸受３を潤滑ならびに冷却した後、軸受ハウ
ジング２５の上部に設けられた孔３０を通り、さらに溝
３１および排油管１８を通って再び油槽に戻る。また他
方はジャーナル軸受３と回転軸４との隙間を通ってジャ
ーナル軸受１を潤滑ならびに冷却した後、直接油槽２７
に戻る。

【００１４】この発明による軸受冷却装置は、自蔵軸受
装置の軸受スタンド２から外部に張り出す排油管１８
と、この排油管１８の外周を覆うジャケット１９と、冷
却部２３のリング１５から水を分岐してジャケット１９
に水を供給し、さらに冷却部２３の排水管１６に水を戻
す通水管１９とからなる熱交換機構２４を設け、この熱
交換機構２４により自蔵軸受装置の潤滑油５を冷却す
る。１７は回転軸４から水が漏れないようにする封水装
置である。ジャケット１９への給水は冷却部２３の落差
を利用して、動力を用いることなく供給することができ
る。このようにして冷却された潤滑油５をシャーナル軸
受１およびスラスト軸受３に供給し、回転軸ヒートパイ
プによる冷却に加えてこれらの軸受を冷却する。このよ
うにして軸受の温度を許容値以下に保つことができる。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、回転軸ヒートパイプ
を形成する横軸水車発電機において、自蔵軸受装置の排
油管に冷却部から通水させて熱交換する熱交換機構を設
け、回転軸ヒートパイプによる軸受の冷却に加えて、こ
の熱交換機構により自蔵軸受装置の潤滑油を冷却するよ
うにしたので、軸受油槽内の油温を許容値以下に下げる
ことができる。従って出力１０００ｋｗ以上の横軸水車
発電機また横軸ポンプの軸受冷却を可能ならしめ、軸受
冷却装置の信頼性を向上させる。

【００１６】潤滑油の排油管の周りのジャケットに冷却
部のリングから通水管により水を分岐させて供給するの
で、落差を利用して水を流通させ、軸受装置の冷却効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による軸受冷却装置の断面図
である。

【図２】従来の横軸水車発電機の水冷オイルクーラによ
る軸受冷却装置の断面図である。

【図３】従来の横軸水車発電機の回転軸ヒートパイプを
利用した軸受冷却装置の断面図である。

【図４】他の従来例による横軸水車発電機の回転軸ヒー
トパイプを利用した軸受冷却装置の断面図である。

【図５】従来の自蔵軸受装置の断面図である。

【符号の説明】

１ ジャーナル軸受 ２２ スラス
トカラー ２ 軸受スタンド ２３ 冷却部 ３ スラスト軸受 ２４ 熱交換
機構 ４ 回転軸 ５ 潤滑油 ６ ランナー ７ 回転軸ヒートパイプ ８ 蒸気空間 １５ リング １６ 排水管 １８ 排油管 １９ ジャケット ２０ 作動液 ２１ 通水管

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ランナーと直結する回転軸が、スラスト
   カラーの外周にオイルガイドを備えスラストカラーの回
   転により油槽の潤滑油を前記ジャーナル軸受およびスラ
   スト軸受に供給するジャーナル軸受およびスラスト軸受
   からなる自蔵軸受装置により水平に支承され、前記回転
   軸の内部に前記ジャーナル軸受およびスラスト軸受を発
   熱部とし、水路に露出するランナ側通水部およびランナ
   ー側の回転軸を冷却する冷却部を凝縮部とする回転軸ヒ
   ートパイプを形成する横軸水車発電機において、前記ス
   ラスト軸受のスラストカラーにスラストカラー中空部を
   備え、このスラストカラー中空部を前記回転軸ヒートパ
   イプの発熱部の蒸気空間に連通させるとともに、前記自
   蔵軸受装置の排油管に前記冷却部から通水させて熱交換
   する熱交換機構を設け、この熱交換機構により前記自蔵
   軸受装置の潤滑油を冷却することを特徴とする横軸水車
   発電機の軸受冷却装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の横軸水車発電機の軸受冷
   却装置において、自蔵軸受装置の軸受スタンドから外部
   に張り出す排油管と、この排油管の外周を覆うジャケッ
   トと、冷却部のリングから水を分岐して前記ジャケット
   に通水する通水管とからなる熱交換機構を設け、この熱
   交換機構により前記自蔵軸受装置の潤滑油を冷却するこ
   とを特徴とする横軸水車発電機の軸受冷却装置。