JP6773633B2 - Upper bearing structure, vertical rotary electric machine, and vertical rotary electric machine system - Google Patents
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Description
本発明は、上部軸受構造体、立形回転電機、および立形回転電機システムに関する。 The present invention relates to an upper bearing structure, a vertical rotary electric machine, and a vertical rotary electric machine system.
回転軸を鉛直方向とする立形回転電機において、回転子等の回転部分は、上部軸受部と下部軸受部によって回転可能に支持されている。通常、上部軸受部は、回転電機の回転部分の自重を支持するスラスト軸受と、径方向の荷重を支持するすべり軸受けであるジャーナル軸受を有する。また、下部軸受部は、ジャーナル軸受を有する。 In a vertical rotary electric machine whose rotation axis is in the vertical direction, a rotating portion such as a rotor is rotatably supported by an upper bearing portion and a lower bearing portion. Usually, the upper bearing portion has a thrust bearing that supports the weight of the rotating portion of the rotary electric machine and a journal bearing that is a slide bearing that supports a load in the radial direction. Further, the lower bearing portion has a journal bearing.
上部軸受部において、特にスラスト軸受の摺動部は発熱量が大きいことから、通常、上部軸受は油槽内で潤滑油中に浸漬されている(特許文献1)。油槽内では、ロータシャフトに取り付けられたランナが回転する。運転中は、ランナが回転することによって、潤滑油が油槽中を循環する。スラスト軸受等で発生した熱は、潤滑油に移行し、油槽の表面において、外気との熱交換により熱が放散される。 In the upper bearing portion, particularly the sliding portion of the thrust bearing generates a large amount of heat, so that the upper bearing is usually immersed in lubricating oil in an oil tank (Patent Document 1). In the oil tank, the runner attached to the rotor shaft rotates. During operation, the rotating runner causes the lubricating oil to circulate in the oil tank. The heat generated in the thrust bearing or the like is transferred to the lubricating oil, and the heat is dissipated on the surface of the oil tank by heat exchange with the outside air.
上部軸受部での発熱が大きくなると、油槽の外側表面からの放熱のみでは、容量的に限界が出てくる。このため、たとえば、油槽中に熱交換用の伝熱管を内蔵して、外部の冷却器との間で、冷却水などの冷却媒体を循環させる方法、油槽中から外気への熱移動のためのヒートパイプを設ける方法、油槽の外側面を強制冷却の熱交換器の伝熱面にする方法などが考えられる。 When the heat generated in the upper bearing portion becomes large, there is a limit in capacity only by heat dissipation from the outer surface of the oil tank. For this reason, for example, a method of incorporating a heat transfer tube for heat exchange in the oil tank and circulating a cooling medium such as cooling water with an external cooler, for heat transfer from the oil tank to the outside air. A method of providing a heat pipe, a method of using the outer surface of the oil tank as a heat transfer surface of a heat exchanger for forced cooling, and the like can be considered.
しかしながら、このように、立形回転電機の一部として、あるいは立形回転電機と一体に熱交換のための装置を設ける場合、構造が複雑化し、また、これらの追加装置の自重分、スラスト軸受への荷重を増大させ発熱量も増加するなど、問題が多い。また、冷却媒体に水を用いようとすると、国によっては、水の使用に制限が設けられている、あるいは、水質上の問題があるなど、実現が難しい場合がある。 However, when a device for heat exchange is provided as a part of the vertical rotary electric machine or integrally with the vertical rotary electric machine in this way, the structure becomes complicated, and the weight of these additional devices and the thrust bearing There are many problems such as increasing the load on the bearing and increasing the amount of heat generated. In addition, it may be difficult to use water as a cooling medium because some countries have restrictions on the use of water or there are problems with water quality.
したがって、システムを複雑化するようなことなく、潤滑油の冷却能力を向上する方法を提供することが望まれている。 Therefore, it is desired to provide a method for improving the cooling capacity of the lubricating oil without complicating the system.
そこで、本発明は、立形回転電機の上部軸受構造の冷却能力を、簡素化された構成によって向上させることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the cooling capacity of the upper bearing structure of a vertical rotary electric machine by a simplified configuration.
上述の目的を達成するため、本発明に係る上部軸受構造体は、軸が鉛直方向に延びるロータシャフトを有する立形回転電機の回転子を回転可能に支持し、軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と、前記軸方向に垂直な方向の荷重を支持するジャーナル軸受と、前記スラスト軸受および前記ジャーナル軸受の潤滑および冷却のための潤滑油を収納する環状の静止固定された上部油槽と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記スラスト軸受に前記軸方向の荷重を伝達するランナと、前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプと、を備える上部軸受構造体であって、前記上部油槽は、前記ロータシャフトと径方向の間隙をおいて配され上方に延びた円筒状の油槽径方向内側筒と、前記油槽径方向内側筒の径方向外側に配されて、上方に延びた筒状の油槽径方向外側筒と、前記油槽径方向内側筒の下端と前記油槽径方向外側筒の下端とを接続する平板状の油槽底板と、を有し、前記ランナは、前記ロータシャフトに取り付けられて径方向外側に拡がるランナ上部円板部と、前記ランナ上部円板部の下面に接続し、下方に延びるランナ円筒部と、を有し、前記潤滑油ポンプは、前記ランナ円筒部の径方向外側に取り付けられて潤滑油駆動要素を具備する潤滑油ポンプ回転部と、前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に配されて、前記ロータシャフトが回転中に、前記潤滑油ポンプ回転部とともに前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプ静止部と、を有し、前記潤滑油ポンプ回転部は、前記ランナ円筒部に取り付けられて径方向外側に拡がる環状円板形状の上部環状板と、前記上部環状板によりそれぞれの上端を支持されて、前記潤滑油駆動要素として設けられ前記ランナ円筒部の径方向外側に周方向に互いに間隔をおいて配された複数の羽根と、前記上部環状板と同様の外径を有し前記上部環状板より径の大きな開口を有し、前記複数の羽根の下端と結合する下部環状板と、を具備し、前記潤滑油ポンプ静止部は、前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に連通する静止部内部空間を形成する静止部容器と、前記静止部内部空間と前記油槽径方向外側筒の外側とを連通させる吐出管と、を具備する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the upper bearing structure according to the present invention is a thrust that rotatably supports a rotor of a vertical rotary electric machine having a rotor shaft whose shaft extends in the vertical direction and supports an axial load. A bearing, a journal bearing that supports a load in the direction perpendicular to the axial direction, an annular statically fixed upper oil tank that stores a lubricating oil for lubricating and cooling the thrust bearing and the journal bearing, and the rotor. An upper bearing structure including a runner attached to a shaft and transmitting a load in the axial direction to the thrust bearing and a lubricating oil pump for driving the lubricating oil, wherein the upper oil tank is the rotor shaft. A cylindrical oil tank radial inner cylinder arranged with a radial gap and extending upward, and a tubular oil tank radial outer cylinder arranged on the radial outer side of the oil tank radial inner cylinder and extending upward. And a flat plate-shaped oil tank bottom plate connecting the lower end of the oil tank radial inner cylinder and the lower end of the oil tank radial outer cylinder, and the runner is attached to the rotor shaft and expands radially outward. It has a runner upper disk portion and a runner cylindrical portion connected to the lower surface of the runner upper disk portion and extends downward, and the lubricating oil pump is attached to the radially outer side of the runner cylindrical portion for lubrication. Lubricating that drives the lubricating oil together with the lubricating oil pump rotating portion while the rotor shaft is rotating, which is arranged on the radial outer side of the lubricating oil pump rotating portion and the lubricating oil pump rotating portion including the oil driving element. an oil pump stationary part, was closed, the lubricating oil pump rotating portion includes an upper annular plate of annular circular plate shape extending radially outward is attached to the runner cylindrical portion, each of the upper end by the upper annular plate A plurality of blades that are supported and provided as the lubricating oil driving element and are arranged radially outward of the runner cylindrical portion at intervals in the circumferential direction, and have an outer diameter similar to that of the upper annular plate. A lower annular plate having an opening having a diameter larger than that of the upper annular plate and connecting to the lower ends of the plurality of blades is provided, and the lubricating oil pump stationary portion communicates radially outward of the lubricating oil pump rotating portion. It is characterized by including a stationary portion container that forms an internal space of the stationary portion, and a discharge pipe that communicates the internal space of the stationary portion with the outside of the oil tank radial outer cylinder .
また、本発明に係る立形回転電機は、本発明の上記の上部軸受構造体と、前記回転子と、前記回転子の回転子鉄心の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロットを貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトの下部の径方向荷重を支持する下部軸受部と、を備えることを特徴とする。 Further, the vertical rotary electric machine according to the present invention has a cylindrical shape in which the upper bearing structure of the present invention, the rotor, and the rotor core of the rotor are arranged and statically fixed to the outside in the radial direction. A stator having a stator core and a stator winding formed on the inner peripheral surface of the stator core and penetrating in the vertical direction and penetrating a plurality of stator slots provided at intervals in the circumferential direction. It is characterized by including a lower bearing portion that supports a radial load on the lower portion of the rotor shaft.
また、本発明に係る立形回転電機システムは、本発明の上記の立形回転電機と、前記潤滑油を冷却する冷却器と、前記立形回転電機から前記冷却器までの前記潤滑油の通路となる冷却器入口配管と、前記冷却器から前記立形回転電機までの前記潤滑油の通路となる冷却器出口配管と、を備えることを特徴とする。 Further, the vertical rotary electric machine system according to the present invention includes the vertical rotary electric machine of the present invention, a cooler for cooling the lubricating oil, and a passage of the lubricating oil from the vertical rotary electric machine to the cooler. A cooler inlet pipe and a cooler outlet pipe serving as a passage for the lubricating oil from the cooler to the vertical rotary electric machine are provided.
本発明によれば、立形回転電機の上部軸受構造の冷却能力を、簡素化された構成によって向上させることができる。 According to the present invention, the cooling capacity of the upper bearing structure of a vertical rotary electric machine can be improved by a simplified configuration.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る上部軸受構造体、立形回転電機、および立形回転電機システムについて説明する。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。 Hereinafter, the upper bearing structure, the vertical rotary electric machine, and the vertical rotary electric machine system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, common reference numerals are given to parts that are the same as or similar to each other, and duplicate description will be omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る立形回転電機システムの構成を示す立断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration of a vertical rotary electric machine system according to a first embodiment.
立形回転電機システム600は、上部軸受構造体100を有する立形回転電機500と、冷却器410と、立形回転電機500から冷却器410までの冷却のための潤滑油108(図2)の通路となる冷却器入口配管420と、冷却器410から立形回転電機500までの冷却された潤滑油108の通路となる冷却器出口配管430とを備える。
The vertical rotary
ここで、冷却器410は、潤滑油108を冷却媒体で冷却するもので、たとえば、潤滑油108と外気の間で熱交換するラジエータや、潤滑油108と水との熱交換器と水の冷却のためのたとえば冷却塔とを組み合わせたものなど、通常の冷却装置を用いることができる。
Here, the
冷却器入口配管420の冷却器410との接続端と反対側の端部には、立形回転電機500側との接続のための油槽出口フランジ421が設けられている。また、冷却器入口配管420には冷却器入口弁422が設けられている。
An oil
冷却器出口配管430の冷却器410との接続端と反対側の端部には、立形回転電機500側との接続のための油槽入口フランジ431が設けられている。また、冷却器出口配管430には冷却器出口弁432が設けられている。
An oil
冷却器入口弁422および冷却器出口弁432は、冷却器410のメンテナンス等の際に閉止するためのものである。なお、図1には図示していないが、上部軸受構造体100側にも、上部軸受構造体100のメンテナンス時の隔離のために、同様の止め弁を設けてもよい。
The
立形回転電機500は、回転子10、固定子20、フレーム50、下部軸受部40、および上部軸受構造体100を有する。
The vertical rotary
回転子10は、回転軸(以下、軸という)が鉛直方向に延びたロータシャフト11と、ロータシャフト11の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心12を有する。
The
固定子20は、回転子鉄心12の径方向外側に間隙を介して配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心21と、固定子鉄心21の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロット(図示せず)を貫通する固定子巻線22とを有する。
The
フレーム50は、回転子鉄心12および固定子20を収納する。フレーム50は上下に延びたフレーム筒部50aと、フレーム筒部50aの下端に接続し中央にロータシャフト11が貫通する開口が形成された平板上のフレーム底板50bと、フレーム筒部50aの上端に接続し中央に開口が形成されたフレーム上板50cとを有する。
The
下部軸受部40は、上部軸受構造体100とともに、回転子10を回転可能に支持している。下部軸受部40は、軸方向に垂直な方向、すなわち径方向の荷重を支持する。下部軸受部40は、フレーム底板50bとともに潤滑油108を貯留する下部油槽41と、下部油槽41中にあってロータシャフト11の下部の径方向荷重を支持するジャーナル軸受42とを有する。
The lower bearing
図2は、第1の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。 FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the upper bearing structure according to the first embodiment.
上部軸受構造体100は、ランナ110、上部油槽105、スラスト軸受130、ジャーナル軸受140、および潤滑油ポンプ200を有する。
The
ランナ110は、ロータシャフト11に取り付けられて、ロータシャフト11からの荷重をスラスト軸受130に伝達する機能と、上部油槽105内の潤滑油108を撹拌する機能を有する。ランナ110は、ロータシャフト11に取り付けられて径方向外側に拡がる環状円板のランナ上部円板部111と、ランナ上部円板部111の外縁に接続し下方に延びた円筒状のランナ円筒部112とを有し、ランナ上部円板部111とランナ円筒部112は一体に形成されている。ランナ円筒部112は、軸方向に下部のランナ下部円筒部112bと上部のランナ上部円筒部112aとを有する。ランナ下部円筒部112bの外径および内径は、ランナ上部円筒部112aの外径および内径に比べて、それぞれ大きくなっている。
The
ランナ110のランナ上部円筒部112aには、径方向に貫通し、ランナ円筒部112の径方向内側と外側の上部油槽105内とを連通する少なくとも一つの連通孔114が形成されている。連通孔114は、潤滑油ポンプ200より上方に形成されている。なお、連通孔114は、潤滑油ポンプ200の後述する潤滑油ポンプ回転部210に連通していてもよい。
The runner upper
上部油槽105は、上部油槽105の径方向外側を構成する油槽径方向外側筒105a、径方向内側を構成する油槽径方向内側筒105b、底部を構成する油槽底板105c、および上部カバー蓋105dを有する。
The
油槽底板105cは、中央にロータシャフト11が貫通する開口が形成された平板であり、フレーム50のフレーム上板50cに形成された開口を塞ぐようにフレーム上板50c上に取り付けられている。
The oil
油槽径方向内側筒105bは、油槽底板105cの開口の縁部近傍に接続し、ロータシャフト11の径方向外側で、かつ、ランナ円筒部112の径方向内側に挟まれた環状の空間内を、上方に、ランナ上部円板部111の下面近傍にまで延びている。
The oil tank radial
油槽径方向外側筒105aは、下端が油槽底板105cと接続し、上方に筒状に延びている。側部には、戻り管105hの第1の端部が接続されており、戻り管105hの端部は上部油槽105内に開放している。戻り管105hの第2の端部には、冷却器出口配管430の油槽入口フランジ431と接続するフランジが設けられている。
The lower end of the oil tank radial
図3は、第1の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図2のIII−III線矢視断面図である。図2において、ランナ110のランナ円筒部112の下端と、スラスト軸受130との接触面で切断した断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 showing the configuration of the upper bearing structure according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the contact surface between the lower end of the runner
スラスト軸受130は、複数の台板131、中央に開口を有する円板状のパッド支持部材132、および複数のスラストパッド133を有する。
The
複数の台板131は、それぞれ、径方向に延びたほぼ直方体形状である。複数の台板131は油槽底板105c上に、周方向に互いに間隔をあけて、放射状に取り付けられている。それぞれの台板131の径方向内側面131a(図2)と、油槽径方向内側筒105bの径方向外側面間には、間隙が形成されている。
Each of the plurality of
パッド支持部材132は、ロータシャフト11の軸芯に中心を有するように配された、中央に円形の開口を有する環状円板である。パッド支持部材132は、複数の台板131の全体の上に搭載されている。
The
パッド支持部材132に形成された開口の内側面132aと、油槽径方向内側筒105bの外表面との間にはギャップ132bが形成され、軸方向の環状流路を形成する。
A
なお、台板131およびパッド支持部材132は、このような形状には限定されない。たとえば、台板131およびパッド支持部材132を合わせて1つの環状の支持台とし、径方向中心に向かう貫通孔を円周方向に配列したものでもよい。
The
以上のような台板131およびパッド支持部材132の構成により、互いに隣接する台板131間には、パッド支持部材132と油槽底板105c(図2)とに上下を挟まれて、径方向外側から径方向内側に向かう流路131fが、それぞれ形成される。この流路は、パッド支持部材132と油槽径方向内側筒105b間に形成され上方への環状流路となるギャップ132bに連通している。また、さらには、ランナ円筒部112に形成された連通孔114にも連通し、上部油槽105内での循環流路を形成する。
Due to the configuration of the
複数のスラストパッド133は、パッド支持部材132上に、放射状に互いに周方向に間隔をあけて搭載されている。それぞれのスラストパッド133は、上面は平面であり、径方向および周方向のいずれにも移動しないように拘束されている。それぞれのスラストパッド133の下面のほぼ中央には径方向に延びた突起133aが形成されている。また、スラストパッド133の突起133aに対応するパッド支持部材132上の位置には、突起133aに対応する溝(図示しない)が形成されている。この結果、それぞれのスラストパッド133は、突起133aを支点に、周方向に傾くことができる。
The plurality of
複数のスラストパッド133の全体の上に、ランナ下部円筒部112bの下端が接触するようにランナ110が搭載されている。スラストパッド133とランナ110との間は、互いにスライド可能である。スラストパッド133には、ランナ110を介して、回転子10の自重分のスラスト荷重が付加される。
The
スラストパッド133の上でランナ下部円筒部112bの下端が周方向に移動すると、スラストパッド133は、前述のように周方向に向かって水平方向に対して傾くことから、ランナ下部円筒部112bの下端面と、スラストパッド133の上面との間の隙間に潤滑油108が導かれることになる。
When the lower end of the runner lower
パッド支持部材132上にはジャーナル軸受140(図2)が取り付けられている。ジャーナル軸受140は、ランナ110の径方向外側に配される中央に開口を有するジャーナル軸受円板部141およびジャーナル軸受円板部141の外縁に接続して下方に延びるジャーナル軸受円筒部142を有する。ジャーナル軸受円板部141およびジャーナル軸受円筒部142は一体に形成されている。ジャーナル軸受円板部141の開口部分は、ランナ円筒部112と接触し、ランナ円筒部112からの径方向の荷重を受けながら、ランナ円筒部112を回転可能に支持する。ジャーナル軸受円筒部142の下端は、パッド支持部材132と結合している。ジャーナル軸受円筒部142には、径方向外側に貫通する少なくとも一つの連通孔142aが形成されている。
A journal bearing 140 (FIG. 2) is mounted on the
潤滑油ポンプ200(図2)は、潤滑油ポンプ回転部210と、潤滑油ポンプ回転部210の径方向の外側に配された潤滑油ポンプ静止部220とを有する。潤滑油ポンプ回転部210と潤滑油ポンプ静止部220とは互いに機械的に分離されている。潤滑油ポンプ静止部220は、上部油槽105をリークタイトに貫通して外部に連通する吐出管224を有する。吐出管224の外側の端部には、冷却器入口配管420の端部に設けられた油槽出口フランジ421と接続するためのフランジ224fが設けられている。
The lubricating oil pump 200 (FIG. 2) has a lubricating oil
図4は、第1の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ回転部の構成を示す斜視図である。また、図5は、第1の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す図2のV−V線矢視断面図である。 FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a lubricating oil pump rotating portion of the lubricating oil pump in the upper bearing structure according to the first embodiment. Further, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 2 showing the configuration of the upper bearing structure according to the first embodiment.
潤滑油ポンプ回転部210は、円環状の外形を有し、ランナ110のランナ下部円筒部112bの径方向外側表面に取り付けられている。なお、取り付け場所は、ランナ上部円筒部112aの径方向外側表面でもよい。すなわち、潤滑油ポンプ回転部210は、ランナ円筒部112の径方向外側表面に取り付けられている。潤滑油ポンプ回転部210は、潤滑油駆動要素としての羽根211、上部環状板213および下部環状板212を有する。
The lubricating oil
上部環状板213は、ランナ円筒部112に取り付けられて、複数の羽根211を上方から支持している。
The upper
複数の羽根211は、互いに周方向に間隔をおいて配されている。複数の羽根211のそれぞれは、周方向および径方向外側に延びている。
The plurality of
下部環状板212は、上部環状板213と同様の外径を有し、上部環状板213より径の大きな回転部入口開口212aを有し、ランナ円筒部112とともに潤滑油ポンプ入口開口214を形成する。下部環状板212は、複数の羽根211の下端と結合している。
The lower
したがって、複数の羽根211は、上下に上部環状板213および下部環状板212に挟まれている。羽根211の径方向外側は、潤滑油ポンプ静止部220の静止部内部空間225に向かって開放している。
Therefore, the plurality of
以上のような構成により、潤滑油ポンプ200の潤滑油ポンプ回転部210には、潤滑油ポンプ入口開口214から流入して、複数の羽根211間を流れ、径方向外側に流出する流路が形成されている。
With the above configuration, the lubricating oil
図6は、第1の実施形態に係る上部軸受構造体における潤滑油ポンプの潤滑油ポンプ静止部の構成を示す斜視図である。潤滑油ポンプ200の潤滑油ポンプ静止部220は、静止部容器220aおよび前述の吐出管224を有する。
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a lubricating oil pump stationary portion of the lubricating oil pump in the upper bearing structure according to the first embodiment. The lubricating oil pump
静止部容器220aは、上部環状板221、下部環状板222、および静止部円筒部材223を有する。
The
上部環状板221と下部環状板222は、同形状、同寸法であり、互いに同心で上下に対向している。両者の外縁部は、静止部円筒部材223により結合されている。すなわち、潤滑油ポンプ静止部220は、径方向内側が開放され、静止部内部空間225を形成する環状の箱型である。なお、図6で示す潤滑油ポンプ静止部220は、静止部内部空間225の断面が、矩形形状であるが、これに限定されない。たとえば、円形あるいは楕円形、あるいは、四角形以外の多角形でもよい。
Upper
なお、図示しないが、静止部内部空間225の径方向入口、すなわち、潤滑油ポンプ回転部210の径方向出口に対向して、径方向外側から囲むように、周方向に互いに間隔をおいて複数の案内羽根を設けてもよい。案内羽根を設けることにより、静止部内部空間225内での潤滑油108の流れの乱れによる圧力損失の発生を低減し、駆動効率の低下を抑制することができる。
Although not shown, a plurality of units are spaced apart from each other in the circumferential direction so as to face the radial inlet of the stationary portion
以下に、以上のように構成された本実施形態に係る上部軸受構造体100を中心に立形回転電機システム600のロータシャフト11の回転中における作用について説明する。
The operation of the
ロータシャフト11の回転に伴い、ランナ110およびこれに取り付けられた潤滑油ポンプ回転部210が回転する。
As the
ランナ110が回転すると、油槽径方向内側筒105bとランナ円筒部112との間の環状空間内の潤滑油108が連れ回りすることにより、この部分の潤滑油108に遠心力がかかる。この結果、環状空間内の潤滑油108は、ランナ円筒部112に形成された連通孔114を介して、ランナ円筒部112の径方向の外側に流出する。
When the
また、ランナ110が回転することにより、ランナ下部円筒部112bの下端面の回転につれて潤滑油108が連れ回りすることにより、この部分の潤滑油に遠心力がかかる。この結果、パッド支持部材132と下部円筒部112bの下端面に挟まれた領域、すなわち、スラストパッド133が配されている空間内の潤滑油108は、ジャーナル軸受円筒部142に形成されている連通孔142aを介して径方向の外側に流出する。
Further, as the
これにつられて、ランナ110およびスラスト軸受130の内側の領域内の潤滑油108のインベントリのうち外側に流出した分を補償するように、上部油槽105内の外側部分から潤滑油108がランナ110の内側に流入する。すなわち、上部油槽105内のランナ110より外側の潤滑油108は、複数の台板131とパッド支持部材132により形成された複数の流路131f内を径方向外側から径方向内側に流れ、油槽径方向内側筒105bとパッド支持部材132間のギャップ132b部分の環状流路を通ってパッド支持部材132の上方に流出する。
As a result, the lubricating
パッド支持部材132の上方に流出した潤滑油108は、複数のスラストパッド133とこれと接触しながらスライドするランナ下部円筒部112bとの接触面を保護し、かつ、発生する熱を除去する。また、潤滑油108は、ランナ円筒部112とジャーナル軸受140間の接触面を保護し、かつ、発生する熱を除去する。このように、上部油槽105内の循環流路における潤滑油108の循環が生し、スラスト軸受130およびジャーナル軸受140において発生する熱が潤滑油108に移行する。
The lubricating
また、ロータシャフト11の回転に伴い、潤滑油ポンプ200の潤滑油ポンプ回転部210が回転すると、潤滑油ポンプ200の下部環状板212とランナ円筒部112との間の潤滑油ポンプ入口開口214から、潤滑油ポンプ回転部210の下方の潤滑油108が潤滑油ポンプ回転部210に流入する。潤滑油ポンプ回転部210に流入した潤滑油108は、複数の羽根211の間を流れながら径方向外側に移行し、潤滑油ポンプ回転部210の径方向外側から流出する。
Further, when the lubricating oil
潤滑油ポンプ回転部210の径方向外側に流出した潤滑油108は、潤滑油ポンプ静止部220内の静止部内部空間225に流入する。潤滑油108が潤滑油ポンプ静止部220内に流入後、潤滑油108の流速は、低下するため、静圧が増加する。したがって、潤滑油ポンプ静止部220内では、高い圧力が維持され、潤滑油ポンプ静止部220内空間の潤滑油108は、吐出管224から冷却器入口配管420側に流出する。
The lubricating
冷却器入口配管420を経由して冷却器410に流入した潤滑油108は、冷却器410において冷却された後に、冷却器出口配管430およびこれに接続する戻り管105hを経由して、上部油槽105内に流入する。このように、上部軸受構造体100と冷却器410との間の循環流路における、潤滑油108の循環および冷却作用が生ずる。
The lubricating
以上のように、立形回転電機500の運転状態においては、ロータシャフト11の回転により、上部油槽105内の潤滑油108について、上部油槽105内の第1の循環および外部の冷却器との間の第2の循環が形成される。第1の循環によって、スラスト軸受130およびジャーナル軸受140において生じた熱が潤滑油108に移行する。また、第2の循環によって、潤滑油108に移行した熱が、冷却器において除去される。
As described above, in the operating state of the vertical rotary
スラスト軸受等において生じた熱を除去するために、外部に新たにポンプを設けることは、その軸受部の冷却手段、軸受部のシール手段等をさらに設ける必要があり、設備が大掛かりとならざるを得ない。 In order to remove the heat generated in the thrust bearing, etc., if a new pump is provided outside, it is necessary to further provide cooling means for the bearing part, sealing means for the bearing part, etc., and the equipment must be large-scale. I don't get it.
本実施形態に係る立形回転電機500においては、上部軸受構造体100にポンプ機能を内蔵させることにより、ポンプ自身の冷却やシールなどの手段を不要とし、簡素化された構成によって冷却能力を向上させることができる。
In the vertical rotary
[第2の実施形態]
図7は、第2の実施形態に係る上部軸受構造体の構成を示す立断面図である。また、図8は、潤滑油ポンプの詳細を示す立断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a vertical sectional view showing the configuration of the upper bearing structure according to the second embodiment. Further, FIG. 8 is a vertical sectional view showing details of the lubricating oil pump.
本第2の実施形態においては、第1の実施形態における潤滑油ポンプ200に代えて、潤滑油ポンプ300が設けられている。その他の点においては、第1の実施形態と同様である。
In the second embodiment, the lubricating
本実施形態における潤滑油ポンプ300は、潤滑油ポンプ回転部310および潤滑油ポンプ静止部320を有する。
The lubricating
潤滑油ポンプ回転部310は、回転部円筒部材311を有する。回転部円筒部材311は、ランナ円筒部112の径方向外側に取り付けられており、外形は、中央に軸方向に貫通する開口が形成された、円環状である。また、回転部円筒部材311は、自重を軽減するために、中空に形成されている。
The lubricating oil
回転部円筒部材311の側面には、潤滑油駆動要素としてのスパイラル流路313が形成されている。スパイラル流路313は、回転部円筒部材311の側面の下端から上端にわたって連通するように、らせん状に形成されている。なお、スパイラル流路313は、1本には限らない。周方向に互いにずれた複数のスパイラル流路313が形成されていてもよい。
A
潤滑油ポンプ静止部320は、潤滑油ポンプ回転部310を囲むように形成された静止部容器320aおよび吐出管326を有する。静止部容器320aは、下部環状板321、上部環状板322、および下部環状板321の外縁および上部環状板322の外縁を接続する静止部円筒部材323を有する。上部環状板322の上部には、環状の出口空間室325が形成されている。吐出管326は、出口空間室325内の空間と上部油槽105の外部とを連通する。吐出管326の油槽径方向外側筒105aをリークタイトに貫通している。
The lubricating oil pump
下部環状板321の径方向外側の部分には、潤滑油108が潤滑油ポンプ300内に流入するための複数の入口開口324が形成されている。ここで、入口開口324は、下部環状板321の外周部の一部に周方向に間隔をおいて複数の切欠きを形成し、静止部円筒部材323との間に形成することでもよい。あるいは、一部、静止部円筒部材323との接続部を残して、ほぼ全周に入口開口324を形成してもよい。
A plurality of
回転部円筒部材311の径方向外側の、最外部分の面である径方向最外面312は、潤滑油ポンプ静止部320の静止部円筒部材323の内面323aとは、同軸に配されて、ギャップ312aを介して対向している。ギャップ312aは、潤滑油ポンプ300の性能を確保する上では、できるだけ小さいことが好ましい。一方、径方向最外面312と静止部円筒部材323の内面323aとが接触することにより、振動の発生あるいは、カジリの発生をもたらすことは、立形回転電機500の機能に悪影響を与えることから避けなければならない。したがって、部品の製作誤差、組み立て誤差を考慮して、ギャップ312aの値を設定する。
The radial
スパイラル流路313の断面は、径方向外側に開放された矩形形状である。ここで、スパイラル流路313の形成の際には、図8に示すように、回転部円筒部材311の表面を切削加工することにより、スパイラル流路313を形成してもよい。あるいは、図示を省略するが、矩形断面の長く延びた流路形成用の部材を、円筒形状の回転部円筒部材311の表面に巻き付けることにより形成してもよい。巻き付ける場合、流路形成用の部材が回転部円筒部材311の表面から浮くことは、ギャップ312aの均一化の観点では表面位置の不均一は好ましくない。また、潤滑油ポンプ300の性能確保上は、リークの存在は好ましくない。しかしながら、リークを完全にゼロにすることは必ずしも必要ではなく、リークの存在等を考慮して設計することでもよい。
The cross section of the
あるいは、ギャップを形成する必要のない構成とすることでもよい。すなわち、スパイラル流路313が形成されている径方向部分のみ、回転部円筒部材311を本体部分と径方向の円筒状部分とに区分し、円筒状部分は本体部分とは別の、たとえば、カーボン系材料製、あるいはピストンリング等に用いられる低合金鋼製として、静止部円筒部材323の内面323aと密着させ、内面323a上を摺動させるようにしてもよい。駆動対象が潤滑油108であることから、接触面の安定皮膜の確保の点で有利である。
Alternatively, the configuration may be such that it is not necessary to form a gap. That is, only in the radial portion where the
潤滑油ポンプ静止部320の上部には、環状の出口空間室325が形成されている。出口空間室325は、冷却器410側に潤滑油を送る際の潤滑油ポンプ300の出口プレナムとなっており、第1の実施形態における潤滑油ポンプ200の潤滑油ポンプ静止部220内の空間と同様に、動圧を静圧に変換する部分である。なお、出口空間室325内の下方に、周方向に互いに間隔をおいて複数の案内羽根(図示せず)を設けて、出口空間室325に流入する潤滑油108の乱れによる圧力損失の増加を抑制する構成でもよい。
An annular
図9は、潤滑油ポンプの第1の変形例を示す部分立断面図である。本第1の変形例では、スパイラル流路314の断面形状は、第2の実施形態におけるスパイラル流路313の断面形状より、径方向外側に拡がった形状である。径方向最外面312の面積が狭くなっている分、第2の実施形態におけるスパイラル流路313より流路断面積が大きくなっている。また、断面が径方向外側に拡がっている分、切削加工がしやすい形状である。
FIG. 9 is a partial vertical sectional view showing a first modification of the lubricating oil pump. In the first modification, the cross-sectional shape of the
図10は、潤滑油ポンプの第2の変形例を示す部分立断面図である。本第2の変形例では、スパイラル流路315の断面形状は、第2の実施形態におけるスパイラル流路313の断面形状に比べて、径方向内側が丸い曲面状になっている。滑らかな凹曲面状のスパイラル流路315であるため、切削加工がしやすい形状である。
FIG. 10 is a partial vertical sectional view showing a second modification of the lubricating oil pump. In the second modification, the cross-sectional shape of the
[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。
[Other Embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention.
さらに、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。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。 Further, the embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention as well as the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10…回転子、11…ロータシャフト、12…回転子鉄心、20…固定子、21…固定子鉄心、22…固定子巻線、40…下部軸受部、41…下部油槽、42…ジャーナル軸受、50…フレーム、50a…フレーム筒部、50b…フレーム底板、50c…フレーム上板、100…上部軸受構造体、105…上部油槽、105a…油槽径方向外側筒、105b…油槽径方向内側筒、105c…油槽底板、105d…上部カバー蓋、105h…戻り管、108…潤滑油、110…ランナ、111…ランナ上部円板部、112…ランナ円筒部、112a…ランナ上部円筒部、112b…ランナ下部円筒部、114…連通孔、130…スラスト軸受、131…台板、131a…径方向内側面、131f…流路、132…パッド支持部材、132a…内側面、132b…ギャップ、133…スラストパッド、133a…突起、140…ジャーナル軸受、141…ジャーナル軸受円板部、142…ジャーナル軸受円筒部、142a…連通孔、200…潤滑油ポンプ、210…潤滑油ポンプ回転部、211…羽根(潤滑油駆動要素)、212…下部環状板、212a…回転部入口開口、213…上部環状板、214…潤滑油ポンプ入口開口、220…潤滑油ポンプ静止部、220a…静止部容器、221…上部環状板、222…下部環状板、223…静止部円筒部材、224…吐出管、224f…フランジ、225…静止部内部空間、300…潤滑油ポンプ、310…潤滑油ポンプ回転部、311…回転部円筒部材、312…径方向最外面、312a…ギャップ、313、314、315…スパイラル流路(潤滑油駆動要素)、320…潤滑油ポンプ静止部、320a…静止部容器、321…下部環状板、322…上部環状板、323…静止部円筒部材、323a…内面、324…入口開口、325…出口空間室、326…吐出管、410…冷却器、420…冷却器入口配管、421…油槽出口フランジ、422…冷却器入口弁、430…冷却器出口配管、431…油槽入口フランジ、432…冷却器出口弁、500…立形回転電機、600…立形回転電機システム 10 ... rotor, 11 ... rotor shaft, 12 ... rotor core, 20 ... stator, 21 ... stator core, 22 ... stator winding, 40 ... lower bearing, 41 ... lower oil tank, 42 ... journal bearing, 50 ... frame, 50a ... frame cylinder, 50b ... frame bottom plate, 50c ... frame top plate, 100 ... upper bearing structure, 105 ... upper oil tank, 105a ... oil tank radial outer cylinder, 105b ... oil tank radial inner cylinder, 105c ... Oil tank bottom plate, 105d ... Top cover lid, 105h ... Return pipe, 108 ... Lubricating oil, 110 ... Runner, 111 ... Runner upper disk part, 112 ... Runner cylinder part, 112a ... Runner upper cylinder part, 112b ... Runner lower cylinder Part, 114 ... Communication hole, 130 ... Thrust bearing, 131 ... Base plate, 131a ... Radial inner surface, 131f ... Flow path, 132 ... Pad support member, 132a ... Inner surface, 132b ... Gap, 133 ... Thrust pad, 133a ... Projection, 140 ... Journal bearing, 141 ... Journal bearing disk part, 142 ... Journal bearing cylindrical part, 142a ... Communication hole, 200 ... Lubricating oil pump, 210 ... Lubricating oil pump rotating part, 211 ... Blade (lubricating oil driving element) ), 212 ... lower annular plate, 212a ... rotating section inlet opening, 213 ... upper annular plate, 214 ... lubricating oil pump inlet opening, 220 ... lubricating oil pump stationary unit, 220a ... stationary unit container, 221 ... upper annular plate, 222 ... lower annular plate, 223 ... the stationary part cylindrical member, 224 ... discharge pipe, 224f ... flange, 225 ... stationary portion internal space, 300 ... lubricating oil pump, 310 ... lubricating oil pump rotating unit, 311 ... rotating part cylindrical member , 312 ... Radial outermost surface, 312a ... Gap, 313, 314, 315 ... Spiral flow path (lubricating oil driving element), 320 ... Lubricating oil pump stationary part, 320a ... Static part container, 321 ... Lower annular plate, 322 ... Upper annular plate, 323 ... stationary cylindrical member, 323a ... inner surface, 324 ... inlet opening, 325 ... outlet space chamber, 326 ... discharge pipe, 410 ... cooler, 420 ... cooler inlet pipe, 421 ... oil tank outlet flange, 422 ... Cooler inlet valve, 430 ... Cooler outlet piping, 431 ... Oil tank inlet flange, 432 ... Cooler outlet valve, 500 ... Vertical rotary electric machine, 600 ... Vertical rotary electric machine system
Claims (6)
前記軸方向に垂直な方向の荷重を支持するジャーナル軸受と、
前記スラスト軸受および前記ジャーナル軸受の潤滑および冷却のための潤滑油を収納する環状の静止固定された上部油槽と、
前記ロータシャフトに取り付けられて前記スラスト軸受に前記軸方向の荷重を伝達するランナと、
前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプと、
を備える上部軸受構造体であって、
前記上部油槽は、
前記ロータシャフトと径方向の間隙をおいて配され上方に延びた円筒状の油槽径方向内側筒と、
前記油槽径方向内側筒の径方向外側に配されて、上方に延びた筒状の油槽径方向外側筒と、
前記油槽径方向内側筒の下端と前記油槽径方向外側筒の下端とを接続する平板状の油槽底板と、
を有し、
前記ランナは、
前記ロータシャフトに取り付けられて径方向外側に拡がるランナ上部円板部と、
前記ランナ上部円板部の下面に接続し、下方に延びるランナ円筒部と、
を有し、
前記潤滑油ポンプは、
前記ランナ円筒部の径方向外側に取り付けられて潤滑油駆動要素を具備する潤滑油ポンプ回転部と、
前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に配されて、前記ロータシャフトが回転中に、前記潤滑油ポンプ回転部とともに前記潤滑油を駆動する潤滑油ポンプ静止部と、
を有し、
前記潤滑油ポンプ回転部は、
前記ランナ円筒部に取り付けられて径方向外側に拡がる環状円板形状の上部環状板と、
前記上部環状板によりそれぞれの上端を支持されて、前記潤滑油駆動要素として設けられ前記ランナ円筒部の径方向外側に周方向に互いに間隔をおいて配された複数の羽根と、
前記上部環状板と同様の外径を有し前記上部環状板より径の大きな開口を有し、前記複数の羽根の下端と結合する下部環状板と、
を具備し、
前記潤滑油ポンプ静止部は、
前記潤滑油ポンプ回転部の径方向外側に連通する静止部内部空間を形成する静止部容器と、
前記静止部内部空間と前記油槽径方向外側筒の外側とを連通させる吐出管と、
を具備する、
ことを特徴とする上部軸受構造体。 A thrust bearing that rotatably supports the rotor of a vertical rotary electric machine having a rotor shaft whose shaft extends in the vertical direction and supports an axial load.
A journal bearing that supports the load in the direction perpendicular to the axial direction,
An annular statically fixed upper oil tank containing lubricating oil for lubricating and cooling the thrust bearing and the journal bearing,
A runner attached to the rotor shaft to transmit the axial load to the thrust bearing,
The lubricating oil pump that drives the lubricating oil and
It is an upper bearing structure provided with
The upper oil tank
A cylindrical oil tank radial inner cylinder that is arranged with a radial gap from the rotor shaft and extends upward.
A tubular oil tank radial outer cylinder arranged on the radial outer side of the oil tank radial inner cylinder and extending upward,
A flat plate-shaped oil tank bottom plate connecting the lower end of the oil tank radial inner cylinder and the lower end of the oil tank radial outer cylinder,
Have,
The runner
The upper disk of the runner, which is attached to the rotor shaft and extends outward in the radial direction,
A runner cylindrical portion connected to the lower surface of the runner upper disk portion and extending downward,
Have,
The lubricating oil pump
A lubricating oil pump rotating portion mounted on the radial outer side of the runner cylindrical portion and provided with a lubricating oil driving element,
A lubricating oil pump stationary portion, which is arranged on the radial outer side of the lubricating oil pump rotating portion and drives the lubricating oil together with the lubricating oil pump rotating portion while the rotor shaft is rotating,
Have a,
The lubricating oil pump rotating part is
An annular disk-shaped upper annular plate that is attached to the runner cylinder and extends outward in the radial direction,
A plurality of blades having their upper ends supported by the upper annular plate and provided as the lubricating oil driving element and arranged radially outward of the runner cylindrical portion at intervals in the circumferential direction.
A lower annular plate having an outer diameter similar to that of the upper annular plate and having an opening having a diameter larger than that of the upper annular plate and connecting to the lower ends of the plurality of blades.
Equipped with
The stationary part of the lubricating oil pump
A stationary container that forms an internal space of the stationary unit that communicates with the radial outside of the rotating portion of the lubricating oil pump.
A discharge pipe that communicates the internal space of the stationary portion with the outside of the outer cylinder in the radial direction of the oil tank.
Equipped with
An upper bearing structure characterized by that.
前記回転子と、
前記回転子の回転子鉄心の径方向外側に配されて静止固定された円筒状の固定子鉄心と前記固定子鉄心の内周面に形成され鉛直方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて設けられた複数の固定子スロットを貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記ロータシャフトの下部の径方向荷重を支持する下部軸受部と、
を備えることを特徴とする立形回転電機。 The upper bearing structure according to any one of claims 1 to 4.
With the rotor
A cylindrical stator core arranged statically and fixed to the outside in the radial direction of the rotor core of the rotor and a stator core formed on the inner peripheral surface of the stator core, penetrating in the vertical direction and spaced apart from each other in the circumferential direction. A stator having a stator winding penetrating a plurality of stator slots provided, and a stator
A lower bearing portion that supports the radial load at the lower portion of the rotor shaft, and
A vertical rotary electric machine characterized by being equipped with.
前記潤滑油を冷却する冷却器と、
前記立形回転電機から前記冷却器までの前記潤滑油の通路となる冷却器入口配管と、
前記冷却器から前記立形回転電機までの前記潤滑油の通路となる冷却器出口配管と、
を備えることを特徴とする立形回転電機システム。 The vertical rotary electric machine according to claim 5 and
A cooler that cools the lubricating oil and
A cooler inlet pipe that serves as a passage for the lubricating oil from the vertical rotary electric machine to the cooler,
A cooler outlet pipe that serves as a passage for the lubricating oil from the cooler to the vertical rotary electric machine,
A vertical rotary electric system characterized by being equipped with.
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