JP3556273B2 - 水平軸型の電気機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水平軸型の電気機械、それも水平に分割されてリブにより補強されたケーシング内に配置された固定子成層鉄心を有し、この固定子成層鉄心が、その周囲に分配された固定用くさびを介して電気機械縦軸線と直角に、互いに相互間隔をおいて配置された支持リングによりクランプされ、これら支持リングの外周部が固定部材を介して電気機械の前記ケーシングのケーシング下部と結合され、しかも前記固定部材が電気機械の垂直対称平面に関し対称的に延びる方位（ａｚｉｍｕｔａｌ）固定プレートを有する形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、また、たとえばＣＨ−ＰＳ６６５５０７又はＵＳ−ＰＳ４，６６３，５５３に示されている先行技術に関係している。
【０００３】
ＣＨ−ＰＳ６６５５０７により公知の空気冷却式ターボ発電機の場合、この伝達は、固定子成層鉄心を、電気機械の軸線に対し直角に、かつまた互いに相互間隔を置いて水平に配置された支持リングを介して行なわれる。電気機械の作動状態の間に発生する振動や熱応力を出来るだけ小さく抑えるために、支持リングは、垂直の対称平面の２つの区域で両側が、垂直に直線的に延びる拡大部を介し固定部材によりケーシング下部と結合されている。支持リングの円周部の大部分はケーシング上下部分から間隔をおいた位置にある。固定子成層鉄心は、その全周にわたって一様に分配された固定用くさびを介して支持リング内にクランプされている。固定部材は、それぞれ支持リングの拡張部と溶接された固定プレートと、固定プレート及びケーシング部材に溶接された、水平軸線を有する管片とから成っている。固定子成層鉄心のこの固定形式により、組立てが簡単になり、かつ溶接される構成部材への接近が容易になり、溶接シームの良好な品質が保証される。
【０００４】
大型の空冷式ターボ発電機の場合、複振動数（ｄｏｐｐｅｌｆｒｅｑｕｅｎｔｅ）の成層鉄心振動と、その結果として発生する音響が極めて大である。機械の寸法が増大するにつれて、構成部材や、ケーシングへの結合部の溶接シームに生じる応力も大となる。このため、いわゆる低サイクル疲れ割れが始動／停止サイクルの成層鉄心振動及び熱交番応力の結果として発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした公知技術を前提として、本発明が課題とするところは、冒頭に述べた種類の水平軸型の電気機械の場合に、機械ケーシング内に防振及び遮音の措置を施した懸架部を設けるようにし、しかもこの懸架部が、高価なばね部材及び又は支持部材を必要とせず、したがって簡単かつ経済的に構成できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば次のようにすることで解決された。すなわち、固定プレートを、前記支持リングのところに水平に、かつまた半径方向にはばね弾性を有するように固定しておき、固定プレートを、その上下の端部のところでのみ前記支持リングと不動に結合して、それによって該支持リングと前記固定プレートの中間部分との間に間隙を残すようにしてあり、更に固定プレート自体を板ばねとして構成するが、ないしは板ばねとして作用するようにするのである。
【０００７】
本発明により固定子成層鉄心をケーシング下部に結合することによって、最適懸架が可能になる。この懸架により、作動時のあらゆる応力に対処でき、かつまた振動及び音響が絶縁された成層鉄心懸架が可能になる。この構成は、加えて経済的でもある。
【０００８】
ガス冷却式電気機械の場合、固定子成層鉄心とケーシング外とうとの間の環状空間が、規則的に複数のチャンバに分けられ、これらのチャンバが冷却ガスの流入と流出に役立っている。これらのチャンバは、ケーシングのケーシング上部ないしケーシング下部の内周に固定されたリブ又は横壁により形成される。リブは、同時にケーシングの補強にも役立っている。本発明の有利な別の構成によれば、これらのリブは、少なくともケーシング下部で、これらリブの内周に半環形の補強部材を付加溶接するか、もしくは付加ねじ止めるかすることにより補強される。これらの補強部材は、リブの慣性モーメントを高めるため、同じように音響と振動とを減衰する。更に、これらの補強部材は、同時に、ケーシング上部をケーシング下部と結合するための付加的ねじ付け個所を造り出すことができる。このことはケーシングの剛性を更に高めるのに役立ち、したがって振動低減にも役立つ。
【０００９】
【実施例】
以下で本発明を図示の有利な実施例につき説明する。
【００１０】
この空冷式ターボ発電機の基本構成は、ＣＨ−ＰＳ６６５５０７又はＵＳ−ＰＳ４，６６３，５５３により公知の電気機械に大幅に合致している。
【００１１】
図１には電気機械の固定子の著しく簡単化した横断面が、また図２には電気機械下部の部分縦断面図が示されている。これらの図に示されているように、固定子成層鉄心１が、水平に分割された２部分、すなわちケーシング上部２とケーシング下部３とから成るケーシング内に配置されている。固定子成層鉄心１は、互いに軸方向に間隔をおいた個別の部分成層鉄心４〜１３から成っている。これらの間隙１４を通って冷却空気が、固定子鉄心１とケーシング上部２ないしケーシング下部３の壁部との間の空間内のチャンバ１５〜１９へ流出入する。チャンバ１５，１７，１９は高温ガス・チャンバであり、これらのチャンバ内に、加熱された冷却空気が、固定子成層鉄心１から流入し、次いで電気機械下方の冷却器２０内へ流入する。チャンバ１６，１８は新気チャンバであり、これらのチャンバを通して、冷却器２０からの空気が部分成層鉄心７，８，９，１１，１２の間隙１４内へ導入される。これらのチャンバはケーシングのリブ２１〜２５と、隔壁２６〜２８によって形成されている。隔壁２６〜２８はケーシング上部２とケーシング下部３との内壁、ないしケーシングのリブに固定されている。ケーシングのリブないし隔壁が、高温ガス・チャンバを新気チャンバから分離する個所には固定子成層鉄心１に向いた端部に弾性的なシール２９が備えられている。
【００１２】
ケーシング下部２内での固定子成層鉄心１の懸架ないし固定は、ＥＰ−ＰＳ０１６６１１４又はＵＳ−ＰＳ４，６６３，５５３に説明されている形式で行なわれる。
【００１３】
スロット３０内には、固定子成層鉄心１の全長にわたって延びる圧縮ビーム３１がはめ込まれている。圧縮ビーム３１は、固定子成層鉄心１の圧縮後に固定子成層鉄心１と溶接される。これらの圧縮ビーム３１には、それぞれ支持リング３２〜３４が固定用くさび３５〜３７を間そうされて固定されている。
【００１４】
図１及び図３から分かるように、支持リング３２〜３４は、側方の水平拡張部３８を有し、この水平拡張部には方位的に（ａｚｉｍｕｔａｌ）垂直に延びるプレート３９が付加溶接されている。このプレートには固定プレート４０が約５〜１０ｍｍの間隙４１を残して、有利には溶接により固定される。間隙４１は、このプレート３９と固定プレート４０から成るプレート配置構造の、事実上中央部分にわたってだけ延びている。この間隙４１は、双方のプレート３９，４０の端部の間へ、間隙の幅に相当する厚さの各１個のかいもの４２をそう入したのち、このかいものと一緒に双方のプレート３９，４０の縁部を溶接することによって形成される（溶接シーム４３は図４参照）。ねじ４２ａは、組立補助部材として役立つと同時に、双方のプレート３９，４０の溶接継手の補強にも役立っている。
【００１５】
このようにすることにより固定プレート４０は、プレート３９に対して中央部分では相対運動を行なうことができる。固定プレート４０は、水平に作用する板ばねと見ることができるが、周方向及び軸方向には、これに対し、板ばねの作用は有していない。これら板ばねのばね行程距離及びばね剛性は、ばねの材料特性、寸法（水平、垂直両方向の）、双方のかいもの４２の間隔によって定められる。
【００１６】
固定プレート４０を支持リング（の中央部分）に対してばね作用を有するように固定する別の可能な形式は、次のようにする。すなわち、固定プレート４０の上端と下端のみを支持リング３２と不動に結合し、しかも支持リング３２と固定プレートの中央部分との間に間隙４１ａが残るようにするのである。この目的のためには、垂直に延びる拡張部３８の縁部に凹所３８ａ（図１に破線で示されている）を設けておく。
【００１７】
固定子成層鉄心１本体の固定は、その支持リング３２〜３４及びこれらに固定されたプレート３９や固定プレート４０と一緒にＣＨ−ＰＳ６６５ ５０７又はＵＳ−ＰＳ４，６６３，５５３に記載の形式で行なわれる。
【００１８】
ケーシング下部２は、支持リングの区域に垂直に延びる平らなケーシング部分４４を有している。これらのケーシング部分は固定プレート４０より水平、垂直両方向に幅広である。支持リング３２〜３４により形成される平面に関し対称的に、上下に位置する３個の円形穴４５が設けられている。固定子成層鉄心１を支持リングと一緒にケーシング下部２内へ降下させた後、これらの円形穴４５内へ短い管片４６を固定プレート４０に密着するまでそう入する。これら管片の外径は円形穴４５の内径に合致する。次いで、管片４６の内端は固定プレート４０と、また外端は前記の平らなケーシング部分４４と、それぞれ溶接される（溶接シームは符号４７で示されている）。垂直方向での管片４６の分配配置は、すべての管片が固定プレート４０の中央部分に位置するように、かつまた２つの外側管片とかいもの４２の内端との間隔が約２００〜３００ｍｍとなるように選定する。そのように配置しなければ、固定プレート４０は板ばねの機能を発揮できない。
【００１９】
次いで、同じくケーシングのリブ４９（図１）を有するケーシング上部３がかぶせられて、ケーシングねじ４８によりケーシング下部２とねじ結合される。ケーシングのリブ４９は、ケーシング上部の補強のほかに、高温ガス、新気の両チャンバ間の隔壁としても役立ち、この理由のため、ケーシング下部２内のリブ２１〜２５と等しい軸方向高さに位置している。
【００２０】
前述の構成の技術上及び経済上の効果を以下にまとめておく。
【００２１】
固定子成層鉄心の懸架部は、必要とされる周方向強度を有しており、かつまた、支持リング３２〜３４の側方拡張部により、必要な軸方向弾性をも有している。加えて、ケーシングは、板ばね、すなわち固定プレート４０を介して振動及び音響から固定子成層鉄心を絶縁する。更に、固定子は簡単かつ経済的に製造できる。強調すべき点は“公差に順応可能な”構成である点である。特に半径方向には、事実上任意の大きさの公差に順応できる。このことは、特に、製造中に厄介かつ出費の多い試験組立を必要とせずに溶接の不正確さを補償できる点で重要である。
【００２２】
固定子成層鉄心１とケーシングとを、前述のように振動絶縁する措置の一つの重要な点は、ケーシングの剛度である。既述のケーシングのリブ２１〜２５，４９は補強作用を有しているが、ケーシング下部２とケーシング上部３との分離個所は弱い個所と見ることができよう。ケーシング全体の剛度を増すには、本発明の有利な別の構成（図５）によれば、ケーシング上部３とケーシング下部２のいずれのリブにも、対をなして半環形の補強部材５０，５１、たとえば鉄板を備えておく。補強部材５０，５１は、有利には、ケーシングのリブ３２〜３４，４９の半径方向で内周に接触するようにしておく。この措置によって、リブの慣性モーメントとに加えて、最終的にケーシング下部２ないしケーシング上部３の剛度が高められる。補強部材５０，５１は、加えてケーシング下部２ないしケーシング上部３を結合する付加的なねじ止め部として利用できる。
【００２３】
この目的のためには、ケーシング上部３内の各リブ４９の軸方向高さに、垂直に延びる管５２をはめ込み、リブと溶接しておく。この管は、ケーシング上部とケーシング下部との間の水平の分離個所まで達するようにする。補強部材５０の端面にねじ穴５４を有し、このねじ穴にはねじボルトからなるケーシングねじ５５がねじ込まれる。あるいは又、ナットを補強部材５０，５１に備えておいてもよい（図示せず）。
【００２４】
板ばねの使用により、既述のように、ケーシング内での固定子成層鉄心の比較的“柔らかな”懸架が可能になる。余り柔らかになりすぎないようにするには、固定子成層鉄心１の下方で、双方の外側支持リングを、電気機械の垂直対称平面Ｓに関して対称的にケーシング下部２と、水平に延びるスラストプレート５６ないし５７（図２）を介して結合しておく。これらのスラストプレート５６ないし５７は、一端が外側の支持リング３２と、他端がケーシングのリブ２１ないし２２と溶接されている。スラストプレートは、その水平配置により垂直方向には柔軟であり、水平方向（軸方向及び横方向）には剛性である。このようにすることにより、スラストプレートは、固定子成層鉄心をケーシングから絶縁することに役立っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】空気冷却式電気機械の固定子を支持リングの高さで切断して示した略示横断面図（図１（ａ））と、図１（ａ）の符号ｘの個所の詳細図（図１（ｂ））。
【図２】図１の電気機械の固定子下部を部分的に切断して示した縦断面図。
【図３】図１の電気機械の水平対称平面に沿って切断して示した部分水平断面図。
【図４】ケーシングへの固定子成層鉄心の固定個所の平面図。
【図５】空気冷却式の別の電気機械の固定子をケーシングリブの高さで切断して示した略示横断面図。
【符号の説明】
１ 固定子成層鉄心
２ ケーシング下部
３ ケーシング上部
４〜１３ 部分成層鉄心
１４ 間隙
１５，１７，１９ 高温ガス・チャンバ
１６，１８ 新気チャンバ
２０ 冷却器
２１〜２５，４９ ケーシングのリブ、
２６〜２８ 隔壁
２９ 弾性シール
３０ スロット
３１ 圧縮ビーム
３２〜３４ 支持リング
３５〜３７ 固定用くさび
３８ 水平方向の拡張部
３８ａ 凹所
３９ プレート
４０ 固定プレート
４１ 間隙
４２ かいもの
４３，４７ 溶接シーム
４５ 円形穴
４６ 管片
５０，５１ 補強部材
５６，５７ スラストプレート

Claims (5)

1. 水平軸型の電気機械であって、水平に分割されケーシングのリブ（２１〜２５，４９）により補強されたケーシング内に固定子成層鉄心（１）が配置されており、この固定子成層鉄心（１）が、その周面に分配された固定用くさび（３５）を介して電気機械縦軸線と直角に、互いに相互間隔をおいて配置された支持リング（３２〜３４）によりクランプされており、これら支持リングは、その外周部が固定部材を介して電気機械の前記ケーシングのケーシング下部（２）と結合され、しかも前記固定部材が、電気機械の垂直対称平面に関し対称的に延びる方位固定プレート（４０）を有する形式のものにおいて、固定プレート（４０）が前記支持リング（３２〜３４）のところに半径方向にばね弾性を有しつつ水平に取付けられており、固定プレート（４０）が、その上下の端部のところでのみ支持リング（３２〜３４）と不動に結合され、それによって支持リング（３２〜３４）と固定プレートの中間部分との間に間隙（４１ａ）が残されるようになっており、しかも固定プレート（４０）自体は板ばねとして構成されるか、ないしは板ばねとして作用することを特徴とする、水平軸型の電気機械。
2. 固定プレート（４０）と支持リング（３２〜３４）との間に固定プレート（４０）と平行に延びるプレート（３９）が設けられており、このプレート（３９）が、支持リング（３２〜３４）と不動に結合され、かつまた、前記プレート（３９）と前記固定プレート（４０）との間のプレート中央部分に間隙（４１）を有することを特徴とする、請求項１記載の電気機械。
3. 少なくともケーシング下部（２）内のリブ（２１〜２５）が補強部材（５０）により補強され、これら補強部材（５０）にはケーシング上部（３）からケーシングねじ（５５）が作用することを特徴とする、請求項１又は２記載の電気機械。
4. ケーシングねじ（５５）が、垂直に延びる管（５２）により案内され、これらの管（５２）がケーシング上部（３）内に配置され、ケーシングの水平分離個所（５１ａ）まで達していることを特徴とする、請求項３記載の電気機械。
5. 固定子成層鉄心（１）の下方に、かつまた電気機械の垂直対称平面（Ｓ）に関し対称的に、少なくとも外側の支持リング（３２）が、水平に延びるスラストプレート（５６，５７）を介してケーシング下部（２）と結合されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の電気機械。

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