JP5421594B2 - 回転機械のハウジングと固定部材の熱機械的離脱装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転機械、特にダイナモ電気機械のハウジングと固定部材を熱機械的に離脱させる装置、この発明の適用と適正な回転機械に関する。

この発明は、固定部材（固定子或いは固定子コア）がケーシング内に支持される回転機械に関し、それで、回転機械が任意の種類のモータ或いは発電機に関する。また、回転子として参照される固定部材が固定子内に配置されている。

ケーシングと固定子コアの温度と半径方向剛性の差異が高いときに、固定子コアとハウジングシェルの間のこの接続部が特に有益である。

このことは、ハウジングが通常に冷却する通過水によって冷却されるが、しかし固定子コアが作動中に加熱する特にバルブタービン発電機の場合にそうである。さらに、ハウジングシェルに作用する水圧が半径方向負荷をケーシングと固定子コアに働かす。温度差と可能な水圧の両方は固定子コアの機械的不安定性を導かれ得る固定子コアに正接圧縮歪みを生じさせる。これは、固定子コアのシート層を膨らませることを生じさせる。酷い膨張が発電機のシート、捲線と他の部材を損傷し得る。

基本的には、固定子の剛性ハウジングを示されていないかなり過去に戻る先行技術が既に存在する。英国特許第８００６１３号明細書（特許文献１）から、ダイナモ電気機械が知られていて、ばね型装置を介して固定子コアフレームリングに連結されている内部フレームリングを有する。これらばね型装置の仕上げが開示されていない。しかしながら、任意のタイプのばね状装置を使用することは、固定子コア位置が軸方向に十分に固定すること及び心合せ整合が維持されることを保証しない。
英国特許第８００６１３号明細書 ドイツ特許出願公開第２８５２２３９１号明細書 特開昭５６ー１０７７６７号公報

この発明の課題は、固定子、特に固定子コアの横方向変位に対して剛性である心合せ支持が特に固定子の熱成長をほんの僅かに阻止しながら達成される、回転機械のハウジングと固定部材を熱機械的に離脱させる装置を創作することである。

この課題は、請求項１による装置によって解決される。

この発明による回転シェルを使用することは、固定子、例えば固定子コアに正接圧縮歪を著しく減少させる熱機械的離脱を生じさせる。

回転シェルが薄壁回転体であって、幾何学的に言うと、（据え付けた状態において、回転機械の回転軸線）回転軸線の周りに母線（一般表面）を回転させることにより（理想的に）創作される。回転シェルはまた、多角形として設計され得て、それで、多角形によって接近される。

回転シェルは連続的に環状形成され（全周にわたり閉鎖され）得るが、 しかし仮にこれらリングの部材のみ（リングセグメント）或いは多角形の部材が使用されて、それで幾つかの要素が欠陥であるならば、僅かな効果しか達成されない。

この発明による装置はまさに一つの回転シェルから成るけれども、幾つかの回転シェルを配列させてそれらを相互接続させることができる。

回転シェルが環体を備える場合にはハウジングから半径方向に内方或いは外方（据え付けた状態において、回転機械の回転軸線へ）延びているばかりではなく、軸方向にも（据え付けた状態において、回転子の回転軸線に平行に）延びている。固定子が加熱されて半径方向に膨張すると、回転シェルに対して半径方向に押圧し、回転シェルが固定子に対してアッタチメントで外方に押圧されて、それで、板ばねを同様に屈曲させる。

それ故に、回転シェルが通常には適切な弾性の高強度材料、例えばシート鋼から構成される。

回転シェルは、また、通気用開口を備えている。

製造が容易である一つのの解決手段として、回転シェルが円筒シェル或いは切頭円錐シェルである。円筒シェルと切頭円錐シェルの両方が側面(Fassetten) 形状を介して接近され得て、幾つかの側面要素が省略され得る。

回転シェルの母線は無論、また、一つの或いは幾つかの曲線で彎曲される。

自然に、回転シェルの母線が直線と曲線から構成され得る。

幾つかの前記回転シェルをこの発明による装置、例えば二つの同心円円筒シェルへ組合せることができる。これら回転シェルがスペーサリングのような間隔要素を使用して、互いから半径方向に間隔を置かれている。非常に簡単な実施例では、間隔要素が環体或いは多角形の形状を有し得る。これら間隔要素がまた開口を有する。

少なくとも一つの切頭円錐シェルが回転シェルとして使用されるならば、これらはスペーサリングを介して或いは直接に互いに連結され得る。

回転シェルは冷却媒体、例えば空気を通過できる開口を有し得る。

この発明による回転機械、特にダイナモ電気機械は少なくとも一つのハウジングと一つの回転部材から成り、これは、上述された（最も簡単な場合に、回転シェル）熱機械的離脱装置を収容し、この装置が一方でハウジングに、他方で固定部材に取付けられることを特徴とする。

ハウジングが内方指示する支持要素をもつハウジングシェルを有し、熱機械的離脱装置（最も簡単な場合に、回転シェル）が支持要素に取付けられる。

ハウジングシェルが回転線の形状を採用できるか、或いは側面状に接近され得る。ハウジングシェルが換気開口を備えている。それ固定子を基礎に取付ける保持装置の荷重を伝達させる。

非常に簡単な実施例では、支持要素が環体或いは多角形の形状を介して接近され得る。支持要素が軸方向に換気する開口を有し得る。

支持要素の構成は現在の幾何学的条件と物理的要件とに依存して、およそ固定子から独立的に設計され得る。特に、物理的要件が考慮されなければならない；換気、機械的安定性、即ちバルブタービン発電機における作用水圧による膨張、バルブタービン発電機における浮力によるハウジング卵形、軸方向剛性、半径方向剛性、強度。寸法的安定性は任意の割合で保証されなければならない。

熱機械的離脱装置（最も簡単な場合に、回転シェル）がハウジングシェルに直接に固定され得るから、支持要素が必ずしも必要とされない。

固定部材は保持リングを有し、熱機械的離脱装置（最も簡単な場合に、回転シェル）が保持リングに固定され得る。保持リングはまた環体形状であるか、或いは多角形である。

保持リングの形状が固定子コアの現在の幾何学的条件と物理的要件とに依存し、任意に、ハウジングと支持要素からおよそ独立的に設計され得る。この物理的要件は通気用開口、寸法的安定性、作用における許容可能な動的行動である。

保持リングは、特に簡単な構成として環体であるか、或いは多角形である。保持リングの半径方向高さと厚さは固定子コアの寸法的安定性（例えば粗さ）が保証されるように設計されるべきである。これを達成するために、回転シェルに連結されていない付加的保持リングが使用され得る。

回転シェルとして切頭円錐シェルを使用するときに、支持要素及び保持リング又はそのいずれか一方が使用される必要がない。

支持要素と保持リングは互いに関して軸方向に計画されるけれども、必ずしも必要とされない。二つ以上の支持要素及び保持リング又はそのいずれか一方が使用されるならば、支持要素及び保持リング又はそのいずれか一方の間の間隔が軸方向において異なっている。回転シェルの形状、軸方向高さとシート厚さが種々の支持要素と保持リングの間で相違する。

固定部材は固定子コア棚を備える保持リングに連結されている固定子コアから成る。保持リングは固定子コア棚を受けるのに役立ち、回転シェルに対して半径方向間隔をとる。固定子コア棚は回転シェルと保持リングと固定子コアの間に連結要素として用いられる。これら固定子コア棚はまた単一固定子コアセグメント用のガイドとして用いられる。

熱機械的離脱装置（最も簡単な場合に、回転シェル）が据え付けた状態で幾つかの支持要素及び保持リング又はそのいずれか一方にわたり延びている。

回転機械がダイナモ電気機械、特に発電機、例えばバルブタービン発電機として設計され得る。

この発明による熱機械的離脱装置が回転機械、特にダイナモ電気機械のハウジングと固定部材の間に据え付けるように意図されていることが明らかである。

この発明によるダイナモ電気機械は、発電機、特にバルブタービン発電機として特別に有益に使用され得る。

この発明は、例として且つ概略的に添付図１ａ，１ｂと２を使用して表現されて、次の記載において説明される。

環体形状支持要素２がハウジングシェルの内側に図１ａと１ｂの発電機に固定されている。これら支持要素２はダイナモ電気機械、特に固定子コア７を冷却する支持要素２を介して冷却媒体を軸方向輸送する可能なベント３を備えている。回転シェル４の一端が支持要素２に連結されていて、他端が保持リング５に連結されている。保持リング５は固定子の固定子コア７を保持する軸方向配列固定子コア棚６に連結されている。回転子の極９が回転子の回転軸線（示されていない）の周りに回転され得て、この軸線が上から下へ図面レベルに縦方向に延びている。

支持要素２、回転シェル４と保持リング５の組合せがそれ自体で図１ａの上部分で等間隔に繰り返し、その上部分が曲がった横断面によって下部分から分離されている。一つの回転シェル４に属する保持リング５は適切な支持要素２に関して軸方向に片寄っている。回転シェル４が切頭円錐シェル要素によって互いに連結される二つの円筒シェル要素から成る。

この場合には、回転シェル４の直径が支持要素２から減少させる。基本的には、回転シェル４の直径が支持要素２から増加させることもできる。

図１ａの下部分は、熱機械的離脱装置の異なる他の実施例の例を示す。この場合に一つのみの装置が表現されていて、それ自体軸方向に繰り返す。異なる実施例が一つの発電機に組立てされ得る。

曲がった横断面下の第一実施例は、支持要素２に連結されている円筒シェル１０の形状の回転シェルと、軸方向に片寄っている保持リング５とから成る。

これ以下では、軸方向に同じ高さの二つの同心円円筒シェル１０を有する装置が示されて、二つの環体形状間隔要素８により間隔を置かれている。保持リング５と支持要素２とは円筒シェル１０の中心に取付けられ、軸方向に同じ高さを有する。

以下の実施例では、一つのみの間隔要素８が円筒シェル１０の片側の近くに設けられ、保持リング５と支持要素２とが円筒シェル１０の他の側に取付けられる。

以下の次の実施例では二つの円筒シェル１０が軸方向に同じ高さを有しなく、ここでは、保持リング５と支持要素２とが円筒シェル１０の片側に取付けられ、結果として、保持リング５と支持要素２とが互いに軸方向に片寄っている。

最底実施例では、軸方向における高さが異なっている二つの円筒シェル１０の位置が交換され、結果として、保持リング５と支持要素２との位置が変更される。

図１ｂはまた上から下へ熱機械的離脱装置の異なる実施例を示し、各場合に示された一つのみの装置を備えて、それ自体を軸方向に繰り返す。ここでは、幾つかの異なる実施例が一つの発電機において実現され得る。

最上実施例は、二つの支持要素２に延びている円筒シェル１０’を示し、各支持要素が円筒シェル１０’の近くに配置されている。保持リング５は円筒シェルの中心に取付けられる。支持要素２が換気開口３を有する。

これ以下では、円筒シェル１０’が示されて、二つの保持リング５と支持要素２により支持されている。

次の実施例は円筒シェル１０’を示し、互いにから等間隔に置かれた三つの支持要素２と二つの保持リング５とにより適当な場所に維持されている。幾つかの支持要素と保持リング、例えば四つの支持要素２と三つの保持リング５はまた円筒シェル１０を介して互いに連結され得る。

逆の場合が以下に示される。二つの支持要素２が等間隔に配列されている三つの保持リング５により保持される円筒シェル１０’を保持する。しかしながら、幾つかの支持要素と保持リング、例えば三つの支持要素２と四つの保持リング５はまた円筒シェルを介して互いに連結され得る。

次に、簡単な切頭円錐シェルの形状の回転シェルに追従し、保持リングなしにハウジングシェル１及び固定子コア棚６又はそのいずれか一方に直接に据え付けられて、さらにベントを有する。

以下では、二つの他の態様が表現されていて、各態様が回転シェルとして切頭円錐シェルを備える。上態様は、外側がハウジングシェル１に直接に取付けられ、内側が保持リング５を介して固定子コア棚６に取付けられる切頭円錐シェル１１を示す。この切頭円錐シェルは換気開口（ベント）を有する。

下表現では、切頭円錐シェル１１の外側が支持要素２に取付けられ、その内側が固定子コア棚６に取付けられる。支持要素が換気開口を備えている。

以下では、切頭円錐シェル１１が支持要素２と保持リング５に連結されている。支持要素２が換気開口を備えている。

最後に、最底実施例が複数曲線を備える回転シェル４を示し、また、ハウジングシェル１及び固定子コア棚６又はそのいずれか一方に直接に取付けられる。

図２では、支持要素２が全周にわたりハウジングシェル１の内側に配列されていて、支持要素２が可能な限りベント３を有する。回転シェル４が全周に連続的である。固定子コア棚６は等間隔に保持リング５に連結されている。固定子コア７はこれらに取付けられる。電気捲線がここに示されておらず、極９の回転軸線も示されていない。

線Ｂ−Ｂに沿うこの発明の発電機の横断面を示す。 線Ｂ−Ｂに沿うこの発明の発電機の別の横断面を示す。 図１ａの線Ａ−Ａに沿う発電機を通る横断面を示す。

符号の説明

１．．．．．ハウジングシェル
２．．．．．支持要素
３．．．．．換気開口（ベント）
４．．．．．回転シェル
５．．．．．保持リング
６．．．．．固定子コア棚
７．．．．．固定子コア
８．．．．．間隔要素
９．．．．．回転子の極
１０．．．．円筒シェル
１０’．．．円筒シェル
１１．．．．切頭円錐シェル
１２．．．．複数彎曲された回転シェル

Claims (13)

1. ダイナモ電気機械のハウジング（１、２）と固定部材（５、６、７）を熱機械的に離脱する装置において、この装置が少なくとも一つの回転シェル（４）を有し、この回転シェル（４）が円筒状シェル（１０）か切頭円錐状シェル（１１）であり、しかも、この回転シェル（４）は、その外面の一方の端でハウジング（１）の環状支持要素（２）に、その内面における他方の端で固定部材（５、６、７）の環状保持リング（５）に連結され、回転シェルが据え付けた状態で軸方向に延びていることを特徴とする装置。
2. 回転シェル（４）の母線が一つの或いは幾つかの曲線で彎曲されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 装置が請求項１または２の一つ或いは幾つかの回転シェル（４）の組合せを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 回転シェルが開口を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの一項に記載の装置。
5. 回転シェルが連続的に環状に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの一項に記載の装置。
6. 回転シェルが幾つかのリングセグメントから成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの一項に記載の装置。
7. 少なくとも一つのハウジング（１、２）と一つの固定部材（５、６、７）から成るダイナモ電気機械において、この機械が請求項１〜６のいずれかの一項による一つの熱機械的離脱装置を有することを特徴とするダイナモ電気回転機械。
8. ハウジングが内方指示支持要素（２）をもつハウジングシェル（１）を有し、熱機械的離脱装置が支持要素（２）に固定されることを特徴とする請求項７に記載の回転機械。
9. 固定部材は、固定子コア棚（６）によって保持リング（５）と連結されている固定子コア（７）を有することを特徴とする請求項７または８に記載の回転機械。
10. 熱機械的離脱装置の円筒状シェル（１０’）が据え付けた状態における軸方向に幾つかの支持要素（２）及び保持リング（５）又はそのいずれか一方の上に延びていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかの一項に記載の回転機械。
11. この回転機械がダイナモ電気機械または発電機として形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかの一項に記載の回転機械。
12. 請求項１１に記載の発電機を有することを特徴とするバルブタービン発電機。
13. 回転機械またはダイナモ電気機械のハウジング（１、２）と固定部材（５、６、７）の間に据え付けるために、請求項１〜６のいずれかの一項に記載の熱機械的離脱装置を使用することを特徴とする使用方法。

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