JP5947549B2 - 発電電動機械の支持システム - Google Patents

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Description

本明細書に開示されている主題は、発電電動機械に関する。さらに詳細には、本明細書に開示されている主題は、発電電動機械のための支持システムに関する。
発電機などの発電電動機械のステータが、一般に、ステータコアとステータフレームとを含む。ステータコアは、通常、円筒形状を有し、一重なりの絶縁鋼鉄積層を含む。各積層は、ステータ巻き線を収容するためにその内径上に細長い溝部を、かつその外径上にダブテール溝部を有する完全な円の一部分である。ステータフレームは、それに結合されている複数のキーバーを有し、各キーバーは、ステータコアに構造支柱をもたらすダブテール部を有する。キーバーは、従来、ばね棒に結合され、ばね棒は、部分パッドにボルト留めされている。部分パッドは、部分プレートに直接溶接されている。
ばね棒は、逃げ(relief cut)を含むように機械加工されていることにより、サスペンションシステムの剛性調整を可能にし、部分パッドは、サスペンションシステムがステータフレームの外周に巻き付くことを可能にするように機械加工されている。これら従来の構造は、溶接に耐性がある高価な高強度材料、および費用がかかる組み立て工程を含む可能性がある。
米国特許第7397163号公報
発電電動機械のための支持システムが開示されている。一実施形態では、支持システムは、第1の面および第2の面を有する取付けパッドであり、第2の面は一対の細長い溝部を含む、取付けパッドと、一対の細長い溝部において取付けパッドに溶接または蝋付けされている一対のばね棒と、取付けパッドの第1の面に溶接または蝋付けされているカラーと、一対のばね棒の間にありかつそれらに取り付けられているキーバーとを含む。
本発明の第1の態様は、第1の面および第2の面を有する取付けパッドであり、第2の面は一対の細長い溝部を含む、取付けパッドと、一対の細長い溝部において取付けパッドに溶接または蝋付けされている一対のばね棒と、取付けパッドの第1の面に溶接または蝋付けされているカラーと、一対のばね棒の間にありかつそれらに取り付けられているキーバーとを含む支持システムを提供する。
本発明の第2の態様は、発電電動装置であって、ロータと、ロータを実質的に取り巻いているステータとを含み、ステータが、支持システムを含み、支持システムは、径方向外面および径方向内面を有する取付けパッドであり、径方向内面は一対の細長い溝部を含む、取付けパッド、一対の細長い溝部において取付けパッドに溶接または蝋付けされている一対のばね棒、取付けパッドの径方向外面に溶接または蝋付けされているカラー、および一対のばね棒の間にありかつそれらに取り付けられているキーバーを含む、発電電動装置を提供する。
本発明の第3の態様は、発電システムであって、タービンと、タービンに連結されているロータと、ロータを実質的に取り巻いているステータとを含み、ステータが、支持システムを含み、支持システムは、径方向外面および径方向内面を有する取付けパッドであり、径方向内面は一対の細長い溝部を含む、取付けパッド、一対の細長い溝部において取付けパッドに溶接または蝋付けされている一対のばね棒、取付けパッドの径方向外面に溶接または蝋付けされているカラー、および一対のばね棒の間にありかつそれらに取り付けられているキーバーを含む、発電システムを提供する。
本発明のこれらおよび他の特徴は、本発明の種々の実施形態を示す添付図面と併用されている、本発明の種々の態様の以下の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
本発明の実施形態による発電電動機械の支持システムの一部分の三次元斜視図である。 本発明の実施形態による発電電動機械の支持システムの一部分の端面図である。 本発明の実施形態による発電電動機械の支持システムの一部分の側面図である。 本発明の実施形態による発電電動機械の支持システムの一部分の三次元斜視図である。 本発明の実施形態による発電電動機械の支持システムの一部分の端面図である。 本発明の実施形態による分離された発電電動機械の支持システムの一部分の三次元斜視図である。 本発明の実施形態による発電電動機械のステータフレームの骨組の三次元斜視図である。 本発明の実施形態による発電電動装置の簡易部分横断面概略図である。 本発明の実施形態による発電システム400内に含まれる構成要素の図である。
本発明の図面は原寸に比例していない可能性があることに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様を示すことを目的としており、したがって、本発明の範囲を限定していると見なされるべきではない。図面では、図面間で同様の番号が同様の要素を示す。
上記の通り、本発明の態様は、発電電動機械のための支持システム(またはサスペンションシステム)を提供する。さらに詳細には、本発明の態様は、発電電動機械のステータコアの振動を絶縁することを支援する支持システムを含む。
従来の発電電動機械の支持システムは、それに結合されている複数のキーバーを有するステータフレームを含み、各キーバーは、ステータコアに構造支柱をもたらすダブテール部を有する。キーバーは、従来、ばね棒に結合されており、該ばね棒は、部分パッドにボルト留めされている。部分パッドは、部分プレートに直接溶接されている。これらの支持システムは、例えばステータコアの振動の絶縁を助ける可能性がある。
ばね棒は、逃げを含むように機械加工されていることにより、支持システムの剛性調整を可能にし、部分パッドは、サスペンションシステムがステータフレームの外周に巻き付くことを可能にするように機械加工されている。各部分パッドの内径(組み立てられた発電電動機械の径方向内側に向いている部分)は、サスペンションシステムがステータの外周に巻き付くことを可能にするように、従来、立中ぐり盤を使用して機械加工されている。さらに、ばね棒の可撓性を可能にするために、部分パッドにボルト留めされていないばね棒の部分に逃げが設けられている。ばね棒および部分パッドの機械加工は、時間とコストがかかる可能性がある。さらに、従来のサスペンションシステムは、それらの設計および必要な機械加工に起因して、(例えば、引張強度が95Kpsiを超える)高強度材料の使用を要する。これらの高強度材料は、コストがかかる可能性があり、また、機械加工および/または溶接が困難である可能性ある。
従来の発電電動機械のサスペンションシステムと対照的に、本発明の態様は、より少ない機械加工およびより低コストの材料を要する発電電動機械のサスペンションシステムを提供する。一実施形態では、サスペンションシステムは、第1の面および第2の面を有する取付けパッドであり、第2の面は一対の細長い溝部を含む、取付けパッドと、細長い溝部において取付けパッドに溶接(またはあるいは蝋付け)されている一対のばね棒と、取付けパッドの第1の面に溶接(またはあるいは蝋付け)されているカラーと、一対のばね棒の間にありかつそれらに取り付けられているキーバーとを含んでいてもよい。図1を参照すると、発電電動機械の支持システム(または支持システム)10の一部分が示されている。本実施形態では、支持システム10は、第1の面30と第2の面40とを有する取付けパッド20を含む。一実施形態では、第2の面40は、一対の細長い溝部42を含む。支持システム10は、細長い溝部42において取付けパッド20に溶接(または蝋付け)されている(溶接接合部または蝋付け接合部はこの斜視図からは分からない)一対のばね棒50をさらに含んでいてもよい。また、取付けパッド20の第1の面30に溶接(または蝋付け)されているカラー60が、支持システム10に含まれて示されており、カラー60は、取付けパッド20の第1の面30と環状部分プレート70(または部分プレート70、実際は図7に示されているステータフレームの骨組の一部として仮想線で示されている)の一部分との間に、溶接(または蝋付け)結合をもたらしている。部分プレート70は、支持システム10の一部として図1〜図3に示されているが、部分プレート70は、実際には、カラー60が取付けパッド20に溶接された後に、支持システム10内に描かれているその他の構成要素に取り付けられている環状に延在している部分プレートの一部である可能性があることが分かる。すなわち、本明細書においてさらに詳細に説明されるであろうように、支持システム10の部分は、ばね棒50と取付けパッド20、取付けパッド20とカラー60の取付け組み立て後に、1つまたは複数の環状に延在している部分プレート70を含む発電電動機械のステータフレームの骨組(図7)に取り付けられていてもよい。一実施形態では、カラー60は、取付けパッド20を横断して垂直に延在している(かつ図6に示されている、ロータの軸に平行に伸びる軸方向軸「A」と実質的に垂直である)実質的に長手方向の部材で形成されていてもよい。他の実施形態では、カラー60は、(図2に示されている「U形状」カラーを作り出す)1つまたは複数の付加的な垂直部材を含んでいてもよいことが分かる。しかし、これらの代替的実施形態では、「U形状」カラーは、図1を参照して示され記載されている実施形態と比較して、付加的な溶接または蝋付けを必要とする(かつ付加的な材料歪みの問題を生じる)可能性がある。支持システム10はまた、ばね棒50間に配置されておりかつそれらに取り付けられているキーバー80を含んでいてもよい。キーバー80は、ダブテール部82(図示せず)を含んでいてもよく、1つまたは複数の取付け機構(例えば、ナット/ボルト、ねじ、ピン、ファスナ等)90によりばね棒50に取り付けられていてもよい。
図2〜図3を参照すると、支持システム10のクローズアップ端面図および支持システム10の一部分のクローズアップ側面図それぞれが、実施形態に基づいて示されている。図2に示されている通り、キーバー80は、ダブテール部82を含んでいてもよく、該ダブテール部は、ステータコア(図8)の部分と係合するように構成されている。カラー60の長手方向部分と接続している少なくとも1つの垂直部材100を含む代替のカラー構造が、図2および図3に示されている。一実施形態では、垂直部材100を含むカラー60は、例えば切削または機械加工により、1つの連続的な金属片から形成されていてもよい。別の実施形態では、カラー60と垂直部材100とは、取付けパッド20に(かつ後で部分プレート70に)別々に取り付けられ、溶接(またはあるいは蝋付け)されてもよい。一実施形態では、垂直部材100は、第1の面30および第2の面40とは異なる取付けパッド20の面(例えば側面)に溶接(またはあるいは蝋付け)されてもよい。
やはり図2に示されている通り、各ばね棒50は、取付けパッド20の各細長い溝部42を実質的に補完してもよい。すなわち、各ばね棒50は、ばね棒50の内面と各それぞれの細長い溝部42との間に公称間隔のみを有して、取付けパッド20の各細長い溝部42を実質的に塞ぐように成形されていてもよい。やはり図2に示されている通り、一実施形態では、キーバー80は、少なくとも1つのボルト90により、ばね棒50に取り付けられている。一実施形態では、ボルト90は、第1のばね棒50、キーバー80および第2のばね棒50それぞれを貫通して延在していてもよい。ばね棒50に対するキーバー80の調節が、キーバー80がばね棒50間にしっかり嵌合することを可能にするように機械加工されているはずである1つまたは複数のシム84の操作により実施され得ることが分かる。
図4および図5を参照すると、支持システム110の一部分の代替的実施形態が、三次元斜視図(図4)および端面図(図5)それぞれに示されている。本実施形態では、支持システム110は、取付けパッド(例えば、図1〜図3の取付けパッド20)を含まず、カラー160が、ばね棒50およびキーバー80に直接溶接(またはあるいは蝋付け)されている。この場合、カラー160は、各ばね棒50の隣接する側面それぞれに溶接されている「U形状」または「C形状」の構造を含み得る。この点に関して、カラー160は、(図2〜図3を参照して示され記載されている)垂直部材100を含むカラー60と実質的に類似の形状をとってもよい。図5は、各ばね棒50の隣接する側面にカラー160を直接固定するのに用いられる溶接部170を示す。一実施形態では、溶接部170は、カラー160へのばね棒の取付けを可能にするJ字形溝、V字形溝または他の適切な溶接部であってもよい。キーバー80は、溶接部170が形成された後にばね棒50間に挿入されてもよいこと、およびキーバー80の位置が、1つまたは複数のシム84を使用してばね棒50間で調節されてもよいことが分かる。シム84は、(例えば、ボルト、ねじ、ピン等の取付け機構90を使用して)キーバー80とばね棒50とを取り付ける前に、ばね棒50間でキーバー80の位置を調節することを可能にするように機械加工されていてもよい。
図6を参照すると、ある実施形態に基づいて、分離された発電電動機械の支持システム200の三次元斜視図が示されている。この図では、分離された支持システム200は、発電電動機械(図示せず)内でのそれらの配向に基づいて配置されている(支持構造物10に類似した)複数の支持構造物を含んでいてもよい。すなわち、複数のキーバー80が、発電電動機械の内周を巡って配置されていてもよく、そこで、各キーバー80は、発電電動機械の軸方向軸(A)に平行に配置されているその主軸を有する。換言すれば、支持システム200は、軸方向に延在しているキーバー80のリングを含んでいてもよく、その部分が、図1〜図3の支持構造物を参照して記載されている部材により支持されていてもよい。支持システム200の支持システム110が、骨組(例えば、発電電動機械のステータフレームの骨組300、図7)の内部に取り付けられる前に、個別に予め組み立てられて(例えば、予め溶接されて)いてもよいことが分かる。
図6を引き続き参照しながら、図7を参照すると、ある実施形態に基づいて、発電電動機械のステータフレームの骨組(または骨組)300の斜視図が示されている。骨組300は、複数の部分プレート70を含んでいてもよく、該複数の部分プレートは、骨組300が実質的に完全に組み立てられた場合、その内側に支持システム200(図6)が配置され組み立てられてもよいリング形状構造物を形成する。すなわち、カラー60を含む支持システム200(図6)は、骨組300の内側に配置されてもよく、部分プレート70に例えば溶接されて、発電電動機械のための支持システムを形成してもよい。支持システム200の1つまたは複数の部分が、一度に、骨組300の内側に配置され組み立てられてもよいことが分かる。さらに、キーバー80の1つまたは複数の部分、および1つまたは複数の支持構造物10が、一度に、骨組300の内部に配置され組み立てられてもよい。
いずれにしても、支持構造物10(および同様に支持システム200)は、従来の支持システムに使用される場合と比べて、発電電動機械のための支持システムの形成においてより低強度の材料を使用することを可能にし得る。すなわち、ボルト留めされた結合部の量の減少(例えば、ばね棒50とパッド20との間のボルト結合部の排除)、溶接部(またはあるいは蝋付け接合部)の使用により、引張強度が約70Kpsi以下である材料が、取付けパッド20に取り付けられるばね棒50に適する可能性がある。例えば、ばね棒50は、引張強度が約60〜70Kpsi以下であるA36鋼または引張強度が約70Kpsi以下であるAISI C1018炭素鋼などの材料で形成されてもよい。さらに、支持システム(例えば、図6の支持システム200)の異なる部分が、制御環境内で(例えば、別個に)組み立てられてもよく、それにより、立中ぐり盤の使用を要する従来の支持システムと比較して、より高い溶接品質(および溶接寿命の向上)を可能にする。さらに、立中ぐり盤の使用を排除することにより、支持システム200の製造コストおよび組立てコストが低減される可能性がある。
さらに、図1〜図3、特に図2を参照して、取付けパッド20が、そこに形成されている複数の(例えば2つの)細長い溝部42を備えたブロックとして形成されてもよいことを理解すべきである。本発明の実施形態による取付けパッド20の形成は、従来の取付けパッドを形成する際に使用される立中ぐり盤を使用せずに実施されてもよい。すなわち、取付けパッド20の第2の面40は、従来の支持システムの取付けパッドのように、弓状面を形成するために機械加工する必要がない。これは、ばね棒50の集合露出面52が支持システム200の全体形状を以って弧を描くことを細長い溝部42が可能にするためであり、ばね棒50の各対が、それらの径方向外面(例えば、細長い溝部42を補完し実質的に塞ぐ面)の全体に亘って同一平面を共有しないことが分かる。
図8を参照すると、本発明のある実施形態に基づいて、発電電動装置300の簡易部分横断面概略図が示されている。特に、発電電動装置300は、(積層(stacked lamination)部分として示されている)ステータコア330を取り巻いているステータラッパ320を有するステータ310を含んで示されている。発電電動装置300は、さらに、ステータ310により取り巻かれているロータ340を含んで示されている。また、本明細書に記載されているダブテール部分82を有するキーバー80と実質的に類似している可能性があるダブテール部分82を有する複数のキーバー80が示されている。明確にするために、支持構造物10(ならびに支持システム200および骨組300)の他の部分が、発電電動装置300のこの描写から省かれている。しかし、支持構造物10、支持システム200および骨組300の他の部分がステータラッパ320の内部に実質的に含まれている可能性があることが分かる。図示の通り、ステータコア330は、キーバー80のダブテール部分82を受容しかつステータラッパ320とステータコア330との間に連結をもたらすための複数のキーバーの溝部350を有していてもよい。簡潔にするために、例えば発電機または電気モータを含む可能性がある発電電動装置300の動作は、本明細書には記載されないが、本明細書に記載されている教示を用いている発電電動装置が、従来の発電電動装置と実質的に同様に機能し得ることが分かる。
図9は、本発明のある実施形態による発電システム400内に含まれている構成要素を示す。発電システム400は、発電電動装置300と、タービン410と、タービン410と発電電動装置300とを連結しているシャフト420とを含んでいてもよい。タービン410は、任意の従来の蒸気タービンまたはガスタービンであってもよい。さらに、タービン410は、高圧部分、中間圧部分および低圧部分の1つまたは複数を含む複数の蒸気タービン部分などの複数のタービンシステムを表わしていてもよい。明確にするために、従来のタービンシステム(例えば、コンデンサ、熱回収蒸気発生器部分等)内に含まれる他の構成要素が省かれている。発電電動装置300が発電機を含む一実施形態では、タービン410は、タービンブレード(図示せず)を横断する蒸気流または高温ガス流により回転運動を生成してもよい。この回転運動は、シャフト420を介して発電電動装置300に伝達されてもよく、該発電電動装置は、回転運動をロータ340(図8)に伝達してもよい。発電電動装置300の内側でのロータ340の回転により、例えば、家庭、職場等で使用するための電気が生成される可能性がある。また、発電電動装置300からの回転運動が、例えばタービン410の始動中にシャフト420を介してタービン410に伝達されてもよいことが分かる。
本明細書に用いられている専門用語は、特定の実施形態を記載することを目的としているに過ぎず、本開示を限定することを意図していない。本明細書に用いられている通り、単数形「a」、「an」および「the」は、他に明確な指示がない限り、複数形も包含するものとする。また、本明細書において用いられている場合の用語「含む(comprises」および/または「comprising)」は、記載された特徴、整数、ステップ、作業工程、要素および/または構成要素の存在を明記しているが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、作業工程、要素、構成要素および/またはそれらの群の存在または追加を排除しないことが分かるであろう。
本明細書は、例を用いて、最良の形態を含めて本発明を開示しており、任意のデバイスまたはシステムを作製することおよび使用することならびに任意の援用された方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実践することを可能にしている。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲により定められ、当業者に思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文言と僅かしか異ならない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内に入るものとする。
10、200 (発電電動機械の)支持システム
20 取付けパッド
30 第1の面
40 第2の面
42 細長い溝部
50 ばね棒
52 露出面
60、160 カラー
70 環状部分プレート
80 キーバー
82 ダブテール部
84 シム
90 取付け機構、ボルト
100 垂直部材
110 支持システム
170 溶接部
300 (発電電動機械のステータフレームの)骨組、発電電動装置
310 ステータ
320 ステータラッパ
330 ステータコア
340 ロータ
350 (キーバーの)溝部
400 発電システム
410 タービン
420 シャフト
A 軸方向軸

Claims (8)

  1. 発電電動機械のための支持システム(10)であって、
    第1の面(30)および第2の面(40)を有する取付けパッド(20)であり、前記第2の面(40)は一対の細長い溝部(42)を含む、取付けパッド(20)と、
    前記一対の細長い溝部(42)において前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている一対のばね棒(50)と、
    前記取付けパッド(20)の前記第1の面(30)に溶接または蝋付けされているカラー(60)と、
    前記一対のばね棒(50)の間にありかつそれらに取り付けられているキーバー(80)と、
    を備え、
    前記カラー(60)は、U形状のカラーであり、長手方向部分と、該長手方向部分に取り付けられた2つの垂直部材を備え、
    前記2つの垂直部材(100)は、前記第1の面(30)および前記第2の面(40)とは異なる前記取付けパッド(20)の側面に沿って前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている、
    支持システム(10)。
  2. 各ばね棒(50)は、各溝部(42)を実質的に補完する、請求項1に記載の支持システム(10)。
  3. 前記キーバー(80)と前記一対のばね棒(50)の1つとの間に少なくとも1つのシム(84)をさらに含み、
    前記キーバー(80)は、少なくとも1つのボルト(90)により前記一対のばね棒(50)に取り付けられている、
    請求項2に記載の支持システム(10)。
  4. 前記少なくとも1つのボルト(90)は、前記一対のばね棒(50)の第1の1つ、前記キーバー(80)、および前記一対のばね棒(50)の第2の1つそれぞれを貫通して延在している、請求項3に記載の支持システム(10)。
  5. ロータ(340)と、
    前記ロータ(340)を実質的に取り巻いているステータ(310)と、
    を含み、
    前記ステータ(310)が、支持システム(10、200)を含み、前記支持システム(10、200)は、
    径方向外面(30)および径方向内面(40)を有する取付けパッド(20)であり、前記径方向内面(40)は一対の細長い溝部(42)を含む、取付けパッド(20)、
    前記一対の細長い溝部(42)において前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている一対のばね棒(50)、
    前記取付けパッド(20)の前記径方向外面(30)に溶接または蝋付けされているカラー(60)、および
    前記一対のばね棒(50)の間にありかつそれらに取り付けられているキーバー(80)
    を備え、
    前記カラー(60)は、U形状のカラーであり、長手方向部分と、該長手方向部分に取り付けられた2つの垂直部材を備え、
    前記2つの垂直部材(100)は、前記第1の面(30)および前記第2の面(40)とは異なる前記取付けパッド(20)の側面に沿って前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている、
    発電電動装置(300)。
  6. 各ばね棒(50)は、各細長い溝部(42)を実質的に補完する、請求項5に記載の発電電動装置(300)。
  7. 前記キーバー(80)と前記一対のばね棒(50)の1つとの間に少なくとも1つのシム(84)をさらに含み、
    前記キーバー(80)は、少なくとも1つのボルト(90)により前記一対のばね棒(50)に取り付けられている、
    請求項6に記載の発電電動装置(300)。
  8. タービン(410)と、
    前記タービン(410)に連結されているロータ(340)と、
    前記ロータ(340)を実質的に取り巻いているステータ(310)と、
    を含み、
    前記ステータ(310)が、支持システム(10、200)を含み、前記支持システム(10、200)は、
    径方向外面(30)および径方向内面(40)を有する取付けパッド(20)であり、前記径方向内面(40)は一対の細長い溝部(42)を含む、取付けパッド(20)、
    前記一対の細長い溝部(42)において前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている一対のばね棒(50)、
    前記取付けパッド(20)の前記径方向外面(30)に溶接または蝋付けされているカラー(60)、および
    前記一対のばね棒(50)の間にありかつそれらに取り付けられているキーバー(80)
    を備え、
    前記カラー(60)は、U形状のカラーであり、長手方向部分と、該長手方向部分に取り付けられた2つの垂直部材を備え、
    前記2つの垂直部材(100)は、前記第1の面(30)および前記第2の面(40)とは異なる前記取付けパッド(20)の側面に沿って前記取付けパッド(20)に溶接または蝋付けされている、
    発電システム(400)。
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