JP6416148B2

JP6416148B2 - 全閉形回転電機

Info

Publication number: JP6416148B2
Application number: JP2016076959A
Authority: JP
Inventors: 直輝岡島
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2036-04-07
Also published as: JP2017189043A

Description

本発明は、冷却器からの冷却水の漏えい時の運転を可能とする全閉形回転電機に関する。

全閉形回転電機においては、回転子および固定子等を冷却する空気等の冷却用気体を外部から冷却する冷却器が設けられている。冷却器は、冷却用気体の循環、フレーム内の均一な冷却等の観点から、通常、回転子の回転子鉄心および固定子を収納するフレームの上方に設けられる。冷却器は、通常、複数の伝熱管を有し、伝熱管の外部を流れる冷却用気体を、伝熱管内部を流れる冷却水あるいは外気などの外部の冷却媒体により冷却する。

外部の冷却媒体が冷却水の場合、伝熱管における冷却水のフレーム内への漏えいの発生は、フレーム内部の固定子巻線などの高電圧が印加されている部分の絶縁破壊などの事態を惹き起こす可能性がある。このため、冷却水の漏えいが生じた場合には、それを検知する漏えい検出器が設けられている。

漏えい検出は、通常は、たとえば、伝熱管群の下方に、冷却用気体の通過を妨げない形で受けを設けて、落下してきた冷却水を収集して検知する方法が採られている。

実開昭６２−２０２０６３号公報実開平２−１０７２５３号公報

２台の空気冷却器を上下に並べて配置した場合、いずれの空気冷却器から漏水したかの判別が難しい。

図５は、全閉形回転電機の従来例の立断面図である。連結側冷却器６１ａと反連結側冷却器６１ｂは水平方向に並列に配されている。したがって、このような場合は、漏水の各個検知は可能である。

それぞれの流路の入口には、連結側ダンパ６２ａ、反連結側ダンパ６２ｂが設けられている（特許文献１、２）。漏水が検知された場合には、通常、漏水した方の通風路のダンパを停止する方式が採られている。たとえば、反連結側冷却器６１ｂ側で漏水が検知された場合には、反連結側ダンパ６２ｂが閉止される。このため、図５の矢印で示すように、冷却用気体は、内扇１５ａのみの駆動で、冷却器入口開口５２から冷却器出口開口５３ａ側のみを通る流れとなる。この結果、回転子鉄心１２および固定子２０の反連結側の部分の冷却が不足することにより温度上昇し、運転の継続は困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、２台の空気冷却器の一方で漏水した場合でも、運転継続を可能とすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る全閉形回転電機は、回転軸まわりに回転可能に軸支され回転軸方向に水平に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に固定されて回転軸方向に延びた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に配されて、回転軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、前記フレームの上方に設けられて冷却管を有し前記フレーム内の前記固定子および前記回転子鉄心を冷却する冷却用気体を前記冷却管内の冷却水により冷却する２つの冷却器と、前記フレームの上方でかつ前記２つの冷却器のそれぞれの下方に設けられて開閉可能な２つのダンパと、前記フレームの上部に取り付けられて前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を内包して、前記冷却用気体が前記フレーム内から流入するための冷却器入口開口と、前記フレーム内に流出するための２つの冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、前記回転子鉄心を挟んで前記ロータシャフトにそれぞれ取り付けられて前記冷却用気体を前記密閉空間内で循環させる２つの内扇と、を備え、前記冷却器入口開口は、前記固定子の上方に設けられ、前記２つの冷却器出口開口は、前記２つの内扇のそれぞれ上方に設けられ、前記２つの冷却器は、前記冷却器入口開口の上方に前記冷却器入口開口からの流路を塞ぐように互いに隣接して水平方向に並んでおり、前記２つのダンパはそれぞれ、互いに平行に間隔をあけて配されてほぼ水平に長手方向に延びた複数のダンパ要素を有し、前記冷却管からの漏水発生時には、前記複数のダンパ要素のそれぞれは漏水の受けとなり漏水を移送可能に形成されており、かつ、前記冷却用気体は前記密閉空間内の循環流路が確保される、ことを特徴とする。

本発明によれば、２台の空気冷却器の一方で漏水した場合でも、運転継続が可能となる。

本実施形態に係る全閉形回転電機の立断面図である。本実施形態に係る全閉形回転電機の連結側ダンパおよび反連結側ダンパの開状態を示す横断面図である。本実施形態に係る全閉形回転電機の連結側ダンパおよび反連結側ダンパの閉止状態を示す横断面図である。本実施形態に係る全閉形回転電機の片側の冷却器の漏水時の状態を示す立断面図である。全閉形回転電機の従来例の立断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る全閉形回転電機について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る全閉形回転電機の立断面図である。全閉形回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、連結側冷却器１０１ａおよび反連結側冷却器１０１ｂを有する。

回転子１０は、回転軸方向に延びて回転可能に軸支されたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に配されてロータシャフト１１に結合した回転子鉄心１２とを有する。ロータシャフト１１の一方の端部には、原動機あるいは負荷側回転機器との連結のための連結フランジ１１ａが設けられている。

また、ロータシャフト１１には、回転軸方向の回転子鉄心１２を挟んだ両側に、内扇１５ａ、１５ｂがそれぞれ取り付けられており、ロータシャフト１１の回転とともに回転する。内扇１５ａ、１５ｂは、アキシャルファンであり、冷却用気体を、回転軸方向の外側から軸方向に吸い込み、回転子鉄心１２および固定子２０の方向に押し出す。内扇１５ａ、１５ｂの径方向外側には、内扇１５ａ、１５ｂの吸い込み側の空間と吐出側の空間とを仕切る仕切り板５４ａ、５４ｂがそれぞれ設けられている。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に配されて円筒形状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の径方向内側の面に周方向に間隔をおいて形成されて軸方向に延びた複数のスロット（図示せず）内に布設された固定子巻線２２とを有する。

固定子２０および回転子鉄心１２は、フレーム５１内に収納されている。フレーム５１の軸方向の連結フランジ１１ａ側（連結側）には、連結側軸受ブラケット５６ａが接続されている。フレーム５１の軸方向の連結フランジ１１ａと反対側（反連結側）には、反連結側軸受ブラケット５６ｂが接続されている。連結側軸受ブラケット５６ａは、連結側軸受４１ａを支持しており、反連結側軸受ブラケット５６ｂは、反連結側軸受４１ｂを支持している。連結側軸受４１ａおよび反連結側軸受４１ｂは、ロータシャフト１１を回転可能に支持している。

連結側冷却器１０１ａと反連結側冷却器１０１ｂは、冷却器カバー６５に収納されている。冷却器カバー６５は、フレーム５１とともに密閉空間７０を形成している。冷却器カバー６５内の雰囲気は、冷却器入口開口５２および２つの冷却器出口開口５３ａ、５３ｂにより、フレーム５１内の雰囲気と連通している。

連結側冷却器１０１ａと反連結側冷却器１０１ｂは、冷却器入口開口５２の上方に、冷却器入口開口５２からの流路を塞ぐように、水平方向に並んで配されている。連結側冷却器１０１ａおよび反連結側冷却器１０１ｂはそれぞれ、冷却管１０２を有する。冷却管１０２は、１本の管を、Ｕ字形に曲げてもよいし、複数の管を用いてもよい。冷却管１０２内は、外部から供給され、外部に戻る冷却水が通過する。

連結側冷却器１０１ａの下方には、連結側ダンパ１０３ａが設けられている。また、反連結側冷却器１０１ｂの下方には、反連結側ダンパ１０３ｂが設けられている。

図２は、連結側ダンパおよび反連結側ダンパの開状態を示す横断面図である。連結側ダンパ１０３ａおよび反連結側ダンパ１０３ｂは、それぞれ、複数のダンパ要素１０４、第１連結棒１０５および第２連結棒１０６を有する。

複数のダンパ要素１０４は、それぞれ、回転結合部１０５ａを介して第１連結棒１０５に結合され、回転結合部１０６ａを介して第２連結棒１０６に結合されている。第１連結棒１０５と第２連結棒１０６は、互いに平行にほぼ、水平方向に延びている。

各ダンパ要素１０４は、水平方向（図２の紙面の奥行き方向）に、ドレン勾配を有しながら伸びている。ドレン勾配は、たとえば、１／１００ないし１／５０程度で、この必要なドレン勾配を有するために完全には水平でない状態を、ほぼ水平と称することとする。また、各ダンパ要素１０４は、互いに間隔をあけて、第１連結棒１０５および第２連結棒１０６の長手方向に沿って配列されている。ダンパ要素１０４の断面は、図２に示すように、下部が屈曲し、受け部１０４ａを形成する。

第１連結棒１０５および第２連結棒１０６は、ダンパ駆動部１０８により駆動される。ダンパ駆動部１０８は、漏水検知部１０９からの漏水検知信号を受けて、自動的に、ダンパ要素１０４が閉鎖するように動作する。

図３は、連結側ダンパおよび反連結側ダンパの閉止状態を示す横断面図である。第１連結棒１０５と第２連結棒１０６との長手方向の相対的位置を変化させることにより、ダンパ要素１０４は、揃って閉鎖状態に移行する。この状態では、互いに隣接するダンパ要素１０４が互いに接触し、冷却用気体の流路が塞がれた状態となる。また、受け部１０４ａが漏水を受ける容積が最大となり、確実に漏水を処理することができる。漏水は、ほぼ水平なダンパ要素１０４のドレン勾配に沿って受け部１０４ａ内を流れ、最終的にダンパ要素１０４の端部で、収集され、漏えい検知を可能とする。

漏水検知器１０９からの漏水検知信号により、ダンパ駆動部１０８は、第１連結棒１０５と第２連結棒１０６との長手方向の相対的位置を変化させ、連結側ダンパ１０３ａまたは反連結側ダンパ１０３ｂを自動的に閉止する。

図４は、片側の冷却器の漏水時の状態を示す立断面図である。図４では、反連結側冷却器１０１ｂの冷却管１０２から漏水が生じ、反連結側ダンパ１０３ｂが閉止している場合を示している。

図４で示すように、反連結側冷却器１０１ｂを通過する流路は、閉止した反連結側ダンパ１０３ｂによって塞がれている。しかしながら、共通の入口である冷却器入口開口５２に流入した冷却用気体は、連結側冷却器１０１ａおよび反連結側冷却器１０１ｂへの流路となっており、反連結側冷却器１０１ｂを通過する流路が閉鎖されても、連結側冷却器１０１ａを通過する流路が残されている。

すなわち、共通の入口である冷却器入口開口５２に流入した冷却用気体は、連結側ダンパ１０３ａから連結側冷却器１０１ａを通過し、冷却管１０２内を流れる冷却水と熱交換した後に、回転軸方向の前後に分かれて、冷却器出口開口５３ａ、５３ｂから、フレーム５１内に流入する。

冷却器出口開口５３ａからフレーム５１内に流入した冷却用気体は、内扇１５ａにより、回転子鉄心１２および固定子２０側に流入する。また、冷却器出口開口５３ｂからフレーム５１内に流入した冷却用気体は、内扇１５ｂにより、回転子鉄心１２および固定子２０側に流入する。

このように、本実施形態に係る全閉形回転電機２００は、水平に配された２台の空気冷却器の一方で漏水した場合でも、運転継続が可能である。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、２つの冷却器は、連結側冷却器１０１ａと反連結側冷却器１０１ｂのように、回転軸方向に並んでいる場合を示したが、これに限定されない。すなわち、正常時は、冷却用気体が２つの冷却器を通過し、一方で漏水が発生した場合は、他方の冷却器を通過することにより両方の冷却器出口開口を経由して循環可能であれば、たとえば、回転軸に直角方向に並んでいる場合でもよい。なお、この場合は、正常時においても、２つの冷却器のそれぞれが、両方の冷却器出口開口を経由して循環することになる。また、冷却管の延びる方向も、回転軸に垂直な方向のみでなく、回転軸に平行な方向の場合も可能である。

さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…連結フランジ、１２…回転子鉄心、１５ａ、１５ｂ…内扇、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、４１ａ…連結側軸受、４１ｂ…反連結側軸受、５１…フレーム、５２…冷却器入口開口、５３ａ、５３ｂ…冷却器出口開口、５４ａ、５４ｂ…仕切り板、５６ａ…連結側軸受ブラケット、５６ｂ…反連結側軸受ブラケット、６１ａ…連結側冷却器（冷却器）、６１ｂ…反連結側冷却器（冷却器）、６２ａ…連結側ダンパ（ダンパ）、６２ｂ…反連結側ダンパ（ダンパ）、６５…冷却器カバー、７０…密閉空間、１０１ａ…連結側冷却器（冷却器）、１０１ｂ…反連結側冷却器（冷却器）、１０２…冷却管、１０３ａ…連結側ダンパ（ダンパ）、１０３ｂ…反連結側ダンパ（ダンパ）、１０４…ダンパ要素、１０４ａ……受け部、１０５…第１連結棒、１０５ａ…回転結合部、１０６…第２連結棒、１０６ａ…回転結合部、１０８…ダンパ駆動部、１０９…漏水検知部、２００…全閉形回転電機

Claims

回転軸まわりに回転可能に軸支され回転軸方向に水平に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に固定されて回転軸方向に延びた回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて、回転軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、
前記フレームの上方に設けられて冷却管を有し前記フレーム内の前記固定子および前記回転子鉄心を冷却する冷却用気体を前記冷却管内の冷却水により冷却する２つの冷却器と、
前記フレームの上方でかつ前記２つの冷却器のそれぞれの下方に設けられて開閉可能な２つのダンパと、
前記フレームの上部に取り付けられて前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を内包して、前記冷却用気体が前記フレーム内から流入するための冷却器入口開口と、前記フレーム内に流出するための２つの冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、
前記回転子鉄心を挟んで前記ロータシャフトにそれぞれ取り付けられて前記冷却用気体を前記密閉空間内で循環させる２つの内扇と、
を備え、
前記冷却器入口開口は、前記固定子の上方に設けられ、
前記２つの冷却器出口開口は、前記２つの内扇のそれぞれ上方に設けられ、
前記２つの冷却器は、前記冷却器入口開口の上方に前記冷却器入口開口からの流路を塞ぐように互いに隣接して水平方向に並んでおり、
前記２つのダンパはそれぞれ、互いに平行に間隔をあけて配されてほぼ水平に長手方向に延びた複数のダンパ要素を有し、
前記冷却管からの漏水発生時には、前記複数のダンパ要素のそれぞれは漏水の受けとなり漏水を移送可能に形成されており、かつ、前記冷却用気体の前記密閉空間内の循環流路が確保される、
ことを特徴とする全閉形回転電機。
前記２つの冷却器のそれぞれに対応して設けられ前記冷却管からの漏水を検知する２つの漏水検知部と、
前記２つのダンパのそれぞれに対応して前記ダンパ要素を駆動するダンパ駆動部と、
をさらに備え、
前記２つのダンパのそれぞれは、対応する前記冷却器の前記冷却管からの漏水の検知による前記ダンパ駆動部の動作により閉止する、
ことを特徴とする請求項１に記載の全閉形回転電機。