JP4129534B2 - タービン発電機のリードブッシング - Google Patents

Description

発明の背景
本発明はタービン発電機の主リードブッシングに関し、さらには、発電機の主リード部を、発電機外部のコンポーネントに発電機が発生した電気を伝える導体または主リードブッシングに電気接続する方法に関する。
発電機は、従来より、複数の主リード部と中性リード部を用いている。主リード部は、発電機が発生する電気を発電機外部のコンポーネントに伝えるもので、発電機には通常、３つの主リード部がある。導体または主リードブッシングは通常、主リード部からの電気を伝えるために、各主リード部に機械的に連結されている。この導体は主リード部からの電気を外部のコンポーネントに伝える。以下に詳述するように、主リード部は通常、円筒形で、円筒の外周面にねじ山を有する。これとは対照的に、導体は一般的にフランジ形で、その内部には内周面にねじ山を有する端ぐり部または凹部が設けられている。１つの導体のねじ山が１つの主リード部のねじ山と係合する。これらのねじ山は、導体と主リード部との間に機械的な連結だけでなく電気的接続を行う。ねじ山間に充分な機械的及び電気的接続を得るために、ねじを用いて導体を主リード部に固着する。これらのねじは通常、導体の頂部を介して挿入され、主リード部の頂部内に延びる。これらのねじは導電性でなくて、主リード部を導体に機械的に連結するに過ぎない。
導体を主リード部に電気接続するこの方法には重大な欠点があることが分かっている。詳説すると、発電機の運転中、リード部と導体の間のねじ山による機械的連結部が時としてゆるむ場合がある。この原因の１つは機械の振動であろう。ねじ山部分がゆるむと、その部分の電気的抵抗が増加し、そのコンポーネントを電流が流れるとさらに熱が発生する。これらのコンポーネントは通常、比較的大電流を送るものであるため、この増加した抵抗により発生する熱量は無視できなくなる。場合によっては、主リード部または導体のいずれかが過熱状態となり機械的に変形する。例えば、コンポーネント間のねじ山部分が過熱して溶融することもある。かかる事態が発生すると、コンポーネントはその能力通りに機能せず、発電機外部のコンポーネントへ必要な電流を送れなくなる。
本発明は、発電機の導体と主リード部の間の電気的接続部が発電機の運転中にゆるむことのないようにこれらを電気接続する方法及び装置に関する。
発明の概要
本発明は、発生した電気を伝えるための主リード部と中性リード部とを有する発電機を含む。発電機はさらに、主リード部と機械的及び電気的接触状態にある導体を有する。また、導体とリード部との間に充分な電気的接触が維持されるように力を印加するばね機構を具備する。このばね機構は、さらに詳細には、主リード部と導体とを互いに押し付けてそれらの間の電気的接続部がゆるんで電気抵抗が増加するのを阻止する力を発生させる。
本発明の一実施例において、この主リード部はほぼ円筒形であり、導体はフランジ形である。さらに、導体には内周面にねじ山を形成した凹部が設けられている。導体のこのねじ山部分は主リード部の周面に設けたねじ山部分と係合する。この実施例のばね機構は、導体のねじ山部分とリード部のねじ山部分との間に充分な電気的接触が確実に維持されるようにする力を発生させる。
本発明はまた、発電機のリード部と導体との間の電気的接続部に予荷重を与える方法を包含する。この方法は、導体を主リード部から取り外し、導体内側の凹部にばね機構を圧縮状態で装着するステップを含む。ばね機構を装着した後、導体は主リード部と機械的及び電気的接触状態に置かれる。
【図面の簡単な説明】
図１は、発電機の概略図である。
図２は、本発明の好ましい実施例による主リード部の部分断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図面全体を通して同一の参照番号が対応構造部分を示す添付図面を参照して、図１は、主リード部１２と中性リード部１４とを含む発電機を示す。当業者には明らかであるように、発電機１０は複数の主リード部１２と、少なくとも１つの中性リード部１４とを備えている。図１には図示を簡略にするために、リード部１２、１４を１個図示するにとどめる。これらの主リード部１２、１４は、発電機１０が発生した電気を発電機１０の外部にあるコンポーネントに伝えるように通常の態様で機能する。
本発明の好ましい実施例によると、図２に示す主リード部１２は、主リードブッシングとしても知られている導体１６に電気的及び機械的に接続されている。従来技術の主リード部については図示しないが、図２を参照することで理解できるであろう。主リード部１２は、従来技術と同様に、ほぼ円筒形で、端部プラグ３０がその外端部に装着されている。また、導体１６も、通常のものと同様に、フランジ形であり、普通「エアサイド・ターミナル・フランジ」と呼ばれている。導体１６及び主リード部１２は共にねじ山を有する。主リード部１２のねじ山２８は、周面の一部の周りに形成されている。導体１６のねじ山２６は、凹部を形成する導体１６の内部１７の周りに形成されている。図２に明示するように、これらのねじ山を互いに係合させて導体１６と主リード部１２とを機械的に連結する。このねじ山による連結は、導体１６と主リード部１２との間に電気的接触点を形成する。従って、従来技術と同様に、発電機１０が発生する電気は主リード部１２から、そのねじ山２８を介して導体１６のねじ山２６へ流れ、さらにこの導体１６を介して発電機１０の外部のコンポーネントへ伝えられる。
さらに、この主リード部１２は、水素冷却機構または同様な冷却機構を有するタイプである。図２に示すように、この主リード部１２の内部には、凹部５０と共に、この凹部５０に形成した複数の開口４０が形成されている。これらの開口４０により、凹部５０が主リード部１２の壁を貫通するチャンネル４２と連通する。主リード部１２の凹部５０と開口４０とを介して、水素がチャンネル４２へ送り込まれ、主リード部１２を冷却する。主リード部１２の水素による冷却方式は当該技術分野で知られており、本発明の主リード部１２はかかる冷却方式を利用する。かかる冷却方式は従来から知られているため、かかるシステムの詳細については図示しない。
主リード部１２と、端部プラグ３０とは銅あるいは別の高導電性材料で形成するのが好ましい。図２に示すように、主リード部１２はほぼ円筒形であり、絶縁材の層３３が水素冷却用チャンネル４２の周りを円周方向に延びている。さらに、主リード部１２には、好ましくは陶器である保護カバー４６がその外面に設けられている。
図２に示すように、導体１６はフランジ形であり、好ましくは、銅または別の高導電性材料で形成されている。フランジ形の導体１６はほぼ円形であり、フランジの外側に環状領域４４が設けられている。この環状領域４４は通常、導体１６を電力装置（図示せず）または他の電気的負荷に電気接続する。フランジ１６の内部１７は、直径が主リード部１２を受容できるような凹部を有する。この内部の凹部は内面１９と、その内周面に設けたねじ山２６とを有し、このねじ山は主リード部１２のねじ山２８と係合する。
図２はまた、導体１６を貫通するねじ３４を示す。ねじを１個だけ示したが、通常は複数のねじ３４を使用する。しかしながら、図２には図示しないが（従来技術では一般的である）、これらのねじ３４は導体１６から端部プラグ３０内に延びる。端部プラグ３０は主リード部１２に装着されているため、これらのねじ３４は導体１６と主リード部１２に機械的に連結する。以下に詳述するように、本発明の最も好ましい実施例のねじ３４は、主リード部１２または端部プラグ３０のいずれにも貫入しない。
発電機１０、主リード部１２、導体１６及び上述したそれぞれの特徴については従来技術に含まれるものであり、以下に述べる本発明に取り込むことができる。上述したこの従来技術の設計には問題点があることが分かっている。発電機１０の運転時振動による力が働くため或いは他の理由により、主リード部１２のねじ山２６と導体１６のねじ山２８との間の機械的及び電気的接続部がゆるむことがある。この事態が発生すると、電気的接続部の電気抵抗が増加する。この接続部には多量の電流が流れるため、電気抵抗が増加すると電気的接触部にかなりの熱が発生する。電気抵抗の増加により発生する熱は、主リード部１２のねじ山２６或いは導体１６のねじ山２８の溶融または熱的損傷及び／またはこれらまたは他のコンポーネントの他の部分の熱的損傷を含むコンポーネントの損傷を生じるおそれがある。
電気的接触点が発電機１０の運転中にゆるむのを防止するため、本発明は、導体１６と主リード部１２との間にばね機構２０を設ける。このばね機構２０は、少なくとも１つのばね２４と、少なくとも１つのばねプレート２２とを含む。図２に示す本発明の最も好ましい実施例では、２つのばねプレート２２を用いている。ばねプレート２２はステンレス鋼で形成し、ねじ３４を受容するねじ山のある複数の空洞部４８を備えたものが好ましい。図２にはかかる空洞部４８を１個だけ図示したが、ばねプレート２２には中央部からほぼ同一の半径方向距離だけ離れた複数の空洞部４８が形成されていることが分かる。図２に示すように、ばねプレート２２を係合させると、空洞部４８の周りにばね２４を受容する開口が形成される。かかる開口５２を１個だけ示したが、各空洞部４８の周りに開口５２が形成されることが分かる。好ましくは、少なくとも１つのばね２４を各開口５２に挿入して対応の空洞部４８の内周面に延びるようにする。ばね２４は円錐形であるのが好ましく、ベルビル型座金またはその等価物を使用しても良い。
ばね機構２０を装着するために、導体１６を主リード部１２から取り外す。この取り外しは、導体１６を通って端部プラグ３０まで延びる上述したねじ３４を取り外し、導体１６のねじ山をねじ戻して主リード部１２から脱着することを含む。導体１６を取り外した後、フランジの内部１７をさらに深く座ぐることによって１つのばねプレート２２のための凹部３６を形成する。この凹部３６は旋盤または同様な装置を用いて形成可能であり、さらに内部１７を研磨するステップを含む。
その後、１つのばねプレート２２を導体１６の内面１８上に装着し、ばね２４をばねプレート２２上の各空胴部４８の周りの開口５２内に挿入する。次いで、第２のばねプレート２２をばね２４及び凹部３６上に装着する。その後、油圧ジャッキ（図示しないが当業者にはよく知られている）または同様な装置を用いてばねプレート２２とばね２４を導体１６に対して押圧圧縮する。圧縮状態のままで、ねじ３４をフランジ１６とばねプレート２２の空洞部４８に取り付けることにより、ばねプレートを導体１６に機械的に連結する。その後、ねじ３４にさらにトルクを加えるのが好ましい。その後で、油圧ジャッキまたは同様な装置を取り外す。
図２に示すように、ばね２４は空洞部４８の内周面を延びる。ねじ３４はばねプレート２２とばね２４とが圧縮状態にある間に取り付けられるため、以下に詳説するように、それらは、導体１６と主リード部１２との間の電気的／機械的連結が発電機１０の運転中にゆるくなった場合に追加的または予荷重を与える力を提供できる。
その後、下方のばねプレート２２と主リード部１２との間に絶縁材３２を配置する。次いで、導体１６と主リード部１２とを、それらのねじ山２６、２８をねじ締めして係合させる。
図２に示すように、この好ましい実施例では、ねじ３４は主リード部１２内に延びておらず、圧縮状態のばねプレート２２を導体２６に連結するだけである。導体１６と主リード部１２とをねじ締めした後、ねじ３４を取り外すことができる。ねじを取り外すと、圧縮状態のばね２２が伸びて主リード部１２のねじ山２６と導体１６のねじ山２８とを互いに押圧する力を伝える。
ばね機構２０を装着した状態では、振動または他の力により導体１６と主リード部１２との電気的接続部がねじ山部分においてゆるむことがあっても、ばね２４とばねプレート２２とが圧縮状態にあるため主リード部と導体１６とに互いに反対方向の力が印加される。これらの力は、ねじ山２６、２８に作用してそれらを互いに押圧することにより、主リード部１２と導体１６との間に充分な電気的接触を維持する。この力は、電気的接触点がゆるんでも、それらの間の抵抗が著しく増加してコンポーネントに熱的損傷が生じることがないように、充分な圧力を与えるような大きさである。本発明の最も好ましい実施例では、４個の開口５２のそれぞれにつき２個のばね２４を使用する。この設計は、ペンシルベニア州、ピッツバーグ、ゲイトウェイ、ウエスチングハウス・ビルディングに本社を有するウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーションにより設計された導体７８４Ｊ３７０Ｇ０１、７８４Ｊ３７５Ｇ０１及び７８４Ｊ３７４Ｇ０１に用いられている。これらの設計は、ばねがほぼ７、７７２ポンド（３４．６ｋｇＮ）の力を与える。このらの設計は、Emile Haefely & Co. Ltd. of Busel, Switzerlandにより製造されたの以下の導体３−４３０ １９２、３−４３０ １９１及び１−４３０ １９３を改造したものである。
本発明のさらに別の好ましい実施例では、各ねじ３４に対して２個でなくて３個のばね２４を使用する。例えば、この設計は、Haefelyの導体３−４３０ １８９、３−４３０ １９０及び２−４３０ １８８を改造した、それぞれ７８４Ｊ３７１Ｇ０１、７８４Ｊ３７３Ｇ０１及び７８４Ｊ３７７Ｇ０１として識別されるウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーションの導体に使用されている。これらの設計では、ばねがほぼ１６、７７２ポンド（７４．６ｋｇＮ）の力を与える。別の好ましい実施例では、各開口５２に４個のばね２４を使用する。Haefelyの導体２−４３０ １９４を改造した、ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレーションの設計になる導体７８４Ｊ３７６Ｇ０１では、各開口につき４個のばねを用い、これらのばねが約４、４４０ポンド（１９．７６ｋｇＮ）の力を与える。
同業者には明らかなように、積層したばね２４の数及びこれらのばねの相対的方向を、ばね２４からコンポーネント１２、１６の間の電気的接続部へ伝えられる力の大きさを変化させるために変えることが可能である。
ばね機構２２はフランジ２２を主リード部１２から取り外すことにより装着できるから、この装着方法は顕著な利点を有する。例えば、当業者には明らかなように、発電機１０の幾つかの主リード部１２は作業員にとって容易にアクセスできるものではない。従って、主リード部１２が定位置のままでの、あるいは主リード部１２を取り外した状態での、主リード部１２のオーバーホール、機械加工等を必要とする、予負荷を与えるための方法は、いかなるものであっても実施が困難で、時間がかかり、労働集約的であり、且つ高コストである。これとは対照的に、フランジ１６を取り外して、主リード部１２を機械加工せずにまたはそれに実質的な改造を加えることなしに、ばね機構２０を取り付けることができるため、この取り付け作業に要する労働及び時間の量は比較的少ない。
しかしながら、以上において本発明の多数の特徴及び利点を詳細な構造及び機能と共に明らかにしたが、これらの説明は例示的であるに過ぎず、本発明の原理の範囲内でその詳細部分、特に形状、寸法及び配置の点に関して、後記の請求の範囲に明らかにされた用語の広く一般的な意味が指示する限界内で変更が可能である。

Claims (8)

1. 外周面と端部とを備え、発電機が発生する電気を伝えるためのほぼ円筒形の主リード部（１２）と、
   主リード部と電気的に接触し、主リード部の端部を覆う内面を有する、発電機が発生する電気を伝えるためのフランジ形導体（１６）と、
   フランジ形導体（１６）を主リード部（１２）の外周面に電気的に接続する機械的連結手段（１８）と、
   主リード部（１２）の端部とフランジ形導体（１６）の内面との間に圧縮状態で配設され、発電機の運転中にフランジ形導体と主リード部との間の電気的接触を維持すべく機械的連結手段に力を及ぼすばね機構は（２０）とより成り、
   機械的連結手段（１８）は、フランジ形導体（１６）の内面のねじ山（２６）と、前記ねじ山（２６）と係合可能な主リード部（１２）の外周面のねじ山（２８）とより成ることを特徴とする発電機。
2. ばね機構は、フランジ形導体（１６）と主リード部（１２）の端部との間で圧縮状態にある複数のばね（２４）より成ることを特徴とする請求項１の発電機。
3. ばね機構は、フランジ形導体（１６）と主リード部（１２）の端部との間において圧縮状態の２つのばねプレート（２２）さらに含むことを特徴とする請求項１の発電機。
4. 主リード部（１２）の端部と１つのばねプレート（２２）との間に位置する絶縁材（３２）をさらに含むことを特徴とする請求項３の発電機。
5. 発電機の主リード部（１２）と、発電機により発生される電気を主リード部（１２）から伝えるフランジ形導体（１６）との間の電気的接続部に予荷重を与える方法であって、
   フランジ形導体（１６）の内面のねじ山（２６）をねじ戻して主リード部（１２）の外周面のねじ山（２８）から脱着することによりフランジ形導体（１６）を主リード部（１２）から取り外し、
   主リード部（１２）の端部とフランジ形導体（１６）の内面との間にばね機構（２０）を圧縮状態で装着し、
   フランジ形導体（１６）の内面のねじ山（２６）を主リード部（１２）の外周面のねじ山（２８）に固着することによりフランジ形導体（１６）を主リード部（１２）に機械的に連結するステップよりなる予荷重を与える方法。
6. ばね機構（２０）を装着するステップは、フランジ形導体（１６）とばねプレート（２２）との間にばね（２４）を配置するステップよりなることを特徴とする請求項５の方法。
7. ばね機構（２０）を装着するステップは、ばね機構（２０）を圧縮し、ねじ（３４）を圧縮状態のばね機構（２０）に取り付けることによりばね機構（２０）をフランジ形導体（１６）に機械的に連結するステップよりなることを特徴とする請求項７の方法。
8. 機械的連結ステップの後にねじ（３４）を取り外すステップをさらに含むことを特徴とする請求項７の方法。

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