JP4257177B2 - 水素冷却回転電機の軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受部にオイルデフレクタを備えた水素冷却回転電機に係り、特に水素冷却タービン発電機に好適な軸受装置に関する。

各種回転電機のうちで、タービン発電機は一般的には横軸型として製造される場合が多く、このため回転子の両側に回転子軸の軸受部を備えている。そして、大容量のものでは水素冷却方式が採用されることが多い。

ここで、水素冷却方式を採用した場合、軸受部にオイルデフレクタを設置し、このオイルデフレクタの油切りにより、軸受部からのオイルミストの漏洩を防ぐ方法が従来から知られている(例えば、特許文献１、２、３参照。)。

このとき、オイルデフレクタに設けてある排油経路により、軸受部の内部を空気抽出槽に連通させ、空気抽出槽に設けられている屋外排気管のドラフト効果により、軸受部のオイルミストが屋外に放出されるようにする方法も、従来から知られている。
特開平６−１０６１５号公報 特開平１０−３２５３０４号公報 特開２００１−２８８６７号公報

上記従来技術は、軸受部からのオイルミストの漏洩防止に充分な配慮がされているとは言えず、オイルデフレクタの機能に問題があった。

従来技術の場合、軸受部のオイルデフレクタに設けてある排油経路は、万一の水素漏洩に備えてＵシールされているので、オイルデフレクタ内の気体は空気抽出槽には流れ出せず、ドラフトが効かないので、オイルデフレクタ内が正圧になってしまう虞れがある。

一方、オイルデフレクタの油切りと回転子軸の間には、僅かな寸法とはいえ、間隙を設けておく必要があり、このため、オイルデフレクタ内が正圧になると、オイルミストの外部への漏洩が完全には抑えられなくなってしまう。

また、回転界磁型の発電機などの回転電機では、回転子軸の一方の端部に、界磁コイルに励磁電力を供給するためのコレクタリング(スリップリング)とブラシからなる回転給電機構が必要で、このため、コレクタハウジングが一方の軸受部の外側に設けてあるのが一般的である。

そして、このようなコレクタハウジングを備えた回転電機では、コレククリングやブラシなどを冷却するため、コレクタハウジングの中で回転子軸にコレクタファンと呼ばれているファンが設けられている場合があり、この場合、運転中、コレクタファンの給気入口部で圧力が低くなる。

このとき、このコレクタファンの給気入口部が軸受部に隣接していると、オイルデフレクタの油切りと回転子軸の間の隙間から更にオイルミストが吸出され易くなって、機外へ漏洩しやすくなる。

また、この場合、機外に漏洩したオイルミストは、回転子軸とコレクタハウジングの一部である空気デフレクタの間の隙間からコレクタハウジング内に吸込まれ、コレクタファンによって外部に送り出され、大気中に拡散されてしまう虞れもある。

本発明の目的は、オイルミストの漏洩防止が簡単に得られるようにした水素冷却回転電機の軸受装置を提供することにある。

上記目的は、エンドブラケットの内側にある回転子軸の軸受部にオイルミスト漏洩阻止用の油切りと溝部を有するオイルデフレクタが備えられ、前記エンドブラケットの外側にコレクタハウジングが備えられている水素冷却回転電機の軸受装置において、前記軸受部の前記溝部より外側の部分に形成した前記溝部とは別の溝部と、当該別の溝部と前記コレクタハウジングの間に接続された空気配管と、前記コレクタハウジング内において、前記回転子軸に取り付けられた遠心型のファンと、前記空気配管の前記コレクタハウジングの中にある端部に取り付けた空気取入口と、前記空気配管の前記エンドブラケットと前記コレクタハウジングの間で外部にある部分に備えられたオリフィスとを設け、前記他の溝部内に前記ファンから供給される空気の圧力が前記オリフィスにより調整されるようにして達成される。

本発明によれば、水素冷却方式の回転発電機におけるオイルミストのシールが、より一層確実になる。

また、このとき、他の本発明によれば、外部に空気供給源を設ける必要がないので、構造が単純で簡易になり、この結果、水素冷却方式の回転電機の性能向上が容易になり、設置も容易に行なえることになる。

以下、本発明による水素冷却回転電機の軸受装置について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、以下に説明する実施の形態は、本発明を示す横軸回転界磁型の水素冷却タービン発電機に適用した場合の一実施形態である。

そこで、まず、本発明の一実施形態が適用対象とする水素冷却タービン発電機について、図３により説明すると、ここに示した水素冷却タービン発電機Ｇは、固定子枠１と回転子軸２を備え、その固定子枠１の軸方向の両端部には半円状の閉塞部材であるエンドブラケット３が設けられている。

そして、このエンドブラケット３の内側に回転子軸２を支持する軸受部４が設けられている。なお、この図３では、右側と左側のエンドブラケットと軸受部には同じ符号が付してある。

このとき、回転子軸２の左端には、図示してないタービンの回転軸に連結するためのフランジ部が形成してあり、右端には回転界磁に励磁電力を供給するためのコレクタリングとブラシを備えた給電装置５が設けられている。

次に、本発明による水素冷却回転電機の軸受装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。

ここで、図１と図２が本発明の一実施形態で、この図は、図３の右端にある回転子軸２とエンドブラケット３、それに軸受部４の断面図で、次に図２は、この図１のＡ−Ａ線から見た上半分の断面図である。そして、図１では、その左側が発電機Ｇの内部になり、従って、右側は外部になる。

これらの図において、６はオイルデフレクタ、７はコレクタリング(スリップリング)、８はブラシ(カーボンブラシ)、９はファン(コレクタファン)、１０は保護カバー、１１はコレクタハウジング、１２は給気吸入口、１３は給気通路、１４は排気通路、１５は空気デフレクタ、１６は空気配管、それに１７は空気取入口である。

ここで、まず、オイルデフレクタ６は、図１の左下に拡大して詳細に示してあるように、円板状の部材６０と、その中央で回転子軸５が貫通する部分を形成している円筒状の軸シール部６１とで構成されている。

そして、この軸シール部６１には、その内周面に溝部６２と油切り６３が設けられているが、この実施形態では、溝部６２の外側(発電機Ｇの外部側)にも更に別の溝部６４が設けてある。

次に、油切り６３は、軸シール部６１の内周面に複数枚、軸方向に並んで配置されている環状の薄板部材で、このとき、その環状の内周面が回転子軸５の表面に対して所定の寸法の間隙(クリアランス)を保ち、シール機能が得られるようにしている。

このとき、この油切り６３は、軸受部４からのオイルミストに対するシール機能を高め軸シール部６１から流れ出すのを極力抑える働きもするが、それでもオイルデフレクタ６の内側に流出してしまうシール油に対しては、図示の排油経路２０、２１を介して図示してない空気抽出槽に流し込まれ、ここで処理されるようになっている。

次に、この実施形態の特徴である溝部６４について説明すると、ここには、図示のようにホース１６ａを介して空気配管１６が接続され、これにより、詳細は後述するが、空気取入口１７を介して所定の圧力の空気が供給されるようになっている。

これにより、溝部６４の中の空気の圧力が軸シール部６１と回転子軸２の隙間に作用し、エアシール機能が発揮され、この結果、軸受部４からのオイルミストが軸シール部６１からオイルデフレクタ６の外側に漏洩してしまうのを抑えるように働く。

このとき、図１の左下の拡大図には、空気の流れが矢印で表されているが、このときの空気の流出量は、油切り６３があるので、実際には僅かに抑えられ、この結果、溝部６４の中の空気の圧力を、オイルデフレクタ６の中の圧力よりも容易に高い圧力に保つことができる。

従って、この実施形態によれば、油切り６３によるシール機能に加えて溝部６４によるエアシール機能が得られるので、オイルデフレクタ６の機能が更に向上され、軸受部４からオイルミストが漏洩してしまう虞れを一層少なく抑えることができる。

ここで、この実施形態では、更に、このとき溝部５４に供給すべき空気が簡単に得られるようにした点も特徴とするものであり、以下、この点について詳細に説明する。

上記したように、特に大型のタービン発電機などの回転電機は回転界磁型が主流で、このため図３に示されているように、励磁電力供給用の給電装置５(集電装置と呼ばれることもある)が取付けてある。

そして、この実施形態における給電装置５は、図１に詳細に示されているように、２組で対をなしているコレクタリング７と、これに弾力的に押し付けられているカーボン製のブラシ８で構成され、図示してない回転子に、回転中も外部から励磁電力が供給できるようにしてある。

このとき、コレククリング７にブラシ８が摺動するので発熱し、コレクタハウジング１１内の温度が上昇する。そこで、回転子軸２にファン９を設け、コレクタハウジング１１内の通風を図り、コレククリング７などの温度上昇が抑えられるようにしてある。

そして、この実施形態では、このファン９として、図示のように、遠心型のファンを用い、これにより、発電機が運転中はファン９が回転し、強制的に外部から空気を吸込み、コレクタハウジング１１内に空気を循環させて熱を奪い、空気と共に外部に排出されるように構成してある。

このとき、空気は給気吸入口１２から取り込まれ、この後、給気通路１３を通ってファン９の中心部に至り、ここからファン９の羽根による遠心力を受け、排気通路１４に至る経路を、図に矢印で示してある方向に流れる。

そこで、この実施形態では、図示のように、ファン９から排気通路１４に至る経路に空気配管１６の端部を引込み、そこに空気取入口１７を設け、しかも、このとき、この空気取入口１７の入口を、矢印で示してある空気の流通方向に向かって開口させてある。

この結果、ファン９が回転され、これにより空気が流通されると、空気取入口１７で空気に動圧が現われて圧力が上昇し、これにより、空気配管１６からホース１６ａを介して溝部６４に所定の圧力の空気が供給されるようになる。

この結果、この実施形態では、水素冷却タービン発電機Ｇが運転を開始するだけで自動的に溝部６４に所定の圧力の空気が供給されるようになり、従って、この実施形態によれば、別途、外部に空気供給源となるポンプや送風機を設ける必要がなく、簡単に溝部６４によるエアシール運転を得ることができ、オイルミストの漏洩を抑えることができる。

また、このように発電機自体が備えているファン９によって起こされた圧力空気を利用するため、溝部６４のエアシール運転のための操作スイッチは不要となる。

しかも、発電機Ｇの回転数は、特殊な場合を除き、稼働中はほぼ一定に保たれるため、溝部６４に供給されている空気圧力の変化をもたらす要因が少なく、従って、一度、空気取入口１７の取付け状態などにより溝部６４の空気圧力を所定の状態に設定した後は圧力を監視する必要がなく、このため監視計器を設置する必要もない。

このとき、この実施形態では、図２に示されているように、空気配管１６に圧力調整用のオリフィス１８が設けてあり、従って、このオリフィス１８の絞り径の調整により、上記した溝部６４での空気圧力の設定を容易に行なうことができる。

ところで、この実施形態における空気配管１６の空気取入口１７は、図示のように、矢印で示す空気流通方向に向かって開口した漏斗状に作られているが、ファン９による空気流から所定の圧力の空気が空気配管１６に取り込めるなら、その形状と設置位置は特に問うものではない。

また、上記実施形態では、図３の発電機Ｇの軸受部４において、右側にある軸受部に本発明を適用した場合について説明したが、空気配管１６を延長することにより、図の左側の軸受部４においても同様に適用することができる。

ここで、上記した実施形態による更に別の利点について説明すると、まず、上記したように、発電機Ｇは回転数の変化がほとんどないので、空気配管１６の振動振幅が微小に抑えられ、従って、振動を監視する必要が無く、そのための計器も不要で、この結果、一連の作業が発電機単独によるクローズ処理により得られるため、シンプルな構造となり、実用性にも優れている。

本発明による水素冷却回転電機の軸受装置の一実施形態を説明するための構成図である。 本発明による水素冷却回転電機の軸受装置の一実施形態における側断面図である。 本発明が適用対象としている水素冷却回転電機の一例を示す側面図である。

符号の説明

Ｇ：水素冷却タービン発電機
１：固定子枠
２：回転子軸
３：エンドブラケット
４：軸受部
５：給電装置(集電装置)
６：オイルデフレクタ
７：コレクタリング(スリップリング)
８：ブラシ(カーボンブラシ)
９：ファン(コレクタファン)
１０：保護カバー
１１：コレクタハウジング
１２：給気吸入口
１３：給気通路
１４：排気通路
１５：空気デフレクタ
１６：空気配管
１６ａ：ホース
１７：空気取入口
１８：オリフィス(圧力調整用のオリフィス）
６０：部材(円板状)
６１：軸シール部(円筒状)
６３：油切り
６４ 溝部(空気供給用)

Claims (1)

1. エンドブラケットの内側にある回転子軸の軸受部にオイルミスト漏洩阻止用の油切りと溝部を有するオイルデフレクタが備えられ、前記エンドブラケットの外側にコレクタハウジングが備えられている水素冷却回転電機の軸受装置において、
   前記軸受部の前記溝部より外側の部分に形成した前記溝部とは別の溝部と、
   当該別の溝部と前記コレクタハウジングの間に接続された空気配管と、
   前記コレクタハウジング内において、前記回転子軸に取り付けられた遠心型のファンと、
   前記空気配管の前記コレクタハウジングの中にある端部に取り付けた空気取入口と、
   前記空気配管の前記エンドブラケットと前記コレクタハウジングの間で外部にある部分に備えられたオリフィスとを設け、
   前記他の溝部内に前記ファンから供給される空気の圧力が前記オリフィスにより調整されるように構成したことを特徴とする水素冷却回転電機の軸受装置。

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