JPH0343675A - 横軸水車発電機の軸受冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、横軸水車発を機の回転軸にヒートパイプを
形成した軸受冷却装置に関する。

【従来の技術】

約１１０００ｋ以上の横軸水車発電機の軸受の冷却は、
通常水冷のオイルクーラによって潤滑油を冷却し、潤滑
油を循環ポンプによって循環している。第７図はジャー
ナル軸受１及びスラスト軸受３を備えた従来の横軸水車
発電機の水冷オイルクーラによる軸受冷却装置を示し、
ジャーナル軸受１及びスラスト軸受３から発生する熱は
別置された給水ポンプ１３及び給水配管１４を備えた水
冷オイルクーラ１０で冷却され、ジャーナル軸受ｌ及び
スラスト軸受３へ循環される。 しかし、軸受潤滑油の冷却に水冷オイルクーラｌＯを使
用すると、給水ポンプ１３．給水配管１４゜循環ポンプ
１１及び油配管１２等の効果な設備が必要となり、これ
等の設備の保守・点検に労力を要する欠点があった。ま
た汚れた冷却水を使用すれば、給水配管１４に目づまり
を生じたり、給水配管１４に腐食を生じて漏水事故を発
生することがあった。 第８図は従来例による横軸水車発電機の回転軸ヒートパ
イプを利用した軸受冷却装置を示し、回転軸４の内部を
中空として作動液２０を封入し、軸受側を発熱部としラ
ンナー６の蒸気空間８を冷却部とするヒートパイプを形
成している。 第８図において、２は軸受スタンド、４は回転軸、６は
ランナー、７は回転軸ヒートパイプ、８は蒸気空間、２
０は作動液、２２はスラストカラーである。 第８図において、ジャーナル軸受１及びスラスト軸受３
で発生した熱の大部分は回転軸ヒートパイプ７へ熱が流
入するが、この際スラスト軸受３は、 ■発熱部とヒートパイプ蒸発面までの熱伝導の距離が長
い。 ■スラストカラー２２内の熱伝導及びヒートパイプ蒸発
面での熱流束（Ｗ／ａｍ”）が大きい。 ■スラストカラー２２は通常厚さが一様に設計するため
、スラストカラー２２の発熱部からヒートパイプ表面ま
での熱抵抗の増大（温度差が大きくなる）とヒートパイ
プの蒸発面での熱流束が大きくなることによる熱抵抗の
増大により温度差が大きくなることで、軸受部の温度が
許容値以上となるため、出力約１１０００ｋ以上の横軸
水車発電機の軸受冷却装置への適用は困難であった。 また、第９図に示すようにスラストカラー２２に中空部
９を設け、この中空部９を回転軸ヒートパイプ７の冷却
部と連通させてスラスト軸受３のスラストカラー２２の
発熱部から作動液２０間の熱伝導部分及び水車側の作動
液２０から流水間の熱伝導部分は、出力が増せば増すほ
どスラスト力や軸受荷重が増し軸の肉厚が厚くなり、し
かも、軸の寸法が大きくなるよりも熱損失の増加が勝り
熱流束も増すため、熱伝導部分での熱抵抗は熱伝導×熱
流束の積に正比例して熱伝導抵抗（温度差）が大きくな
ることにより、軸受の温度が許容値以上となるため、出
力１１０００ｋ以上の横軸水車発電機の軸受冷却装置へ
の適用は困難である。第９図において、１６は上ぶた、
１７はガイドベーン、■８は吸出管、１９は通水管であ
る。

【発明が解決しようとする課題】

バルブ水車やカブラン水車の回転軸は、従来より回転軸
の中心部に穴を開けて水車ランナー羽根角度を出力によ
り可変とするように制御するため使用しているので、こ
れらの水車の回転軸の軸穴を回転軸り一トパイプに使用
することは困難である。また軸穴を回転軸ヒートパイプ
とする方法では、万−軸にクランクや溶接不良が生じた
場合には短時間で作動液を放出して空気を前記回転軸ヒ
ートパイプ内に吸収し、ヒートパイプとしての機能をし
なくなったり、または冷却性能が低下し軸受部の温度を
許容値以下にすることが困難となる等の問題があった。 この発明は、横軸水車発電機のジャーナル軸受及びスラ
スト軸受から発生する熱を回転軸ヒートパイプを介して
冷却するさいに、ヒートパイプの冷却部側での通水部軸
方向長さを伸ばすことなく、通水部の対流熱抵抗を低減
するようにした軸受冷却装置を提供することを目的とす
る。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、ランナーと直結する回転軸がケーシング外
部のジャーナル軸受及びスラスト軸受により水平に支承
され、前記回転軸の外周に前記ジャーナル軸受及びスラ
スト軸受を発熱部とし、水路に露出するランナー側通水
部を冷却部とするヒートパイプを形成する横軸水車発電
機において、前記回転軸外周及びスラスト軸受のスラス
トカラーを被い、前記ジャーナル軸受及びスラスト軸受
から前記ランナー側通水部に連通ずる中空部を形成する
ように前記回転軸に取り付けたヒートパイプ外コンテナ
と、このヒートパイプ外コンテナの前記ランナー側通水
部付近の外表面全周に亘り円周方向に連なる放熱フィン
を備え、そのさい前記中空部に作動液を封入してヒート
パイプを構成した横軸水車発電機の軸受冷却装置によっ
て達成される。

【作　用】

この発明は、回転軸外周及びスラスト軸受のスラストカ
ラーを被い、前記ジャーナル軸受及びスラスト軸受から
前記ランナー側通水部に連通ずる中空部を形成するよう
に前記回転軸に取り付けたヒートパイプ外コンテナと、
このヒートパイプ外コンテナの前記ランナー側通水部付
近の外表面全周に亘り円周方向に連なる放熱フィンを備
え、そのさい前記中空部に作動液を封入してヒートパイ
プを構成したので、ヒートパイプの作動流体から通水部
間の熱伝導距離を短くするとともに、放熱フィンをコン
テナ外周に鍋旋状または円周状に設けることにより、伝
熱面積を増すと同時にらせん状の放熱フィンの回転でポ
ンプ作用を生じ、対流熱伝導効果を高めることができる
。

【実施例】

以下図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１図
はこの発明の実施例による横軸水車発電機の軸受冷却装
置の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は
第■図のＢ−Ｂ断面図、第４図はこの発明の実施例によ
る回転軸ヒートパイプの断面図、第５図は第４図のヒー
トパイプ外コンテナの断面図、第６図は第５図のＣ−Ｃ
断面図である。第１図ないし第６図において、第７図。 第８図及び第９図と同じ部位は同じ番号を付しである。 第１図において、ランナー６と直結する回転軸４がケー
シングを貫通し、回転軸４を軸受スタンド２に収容され
たジャーナル軸受１及びスラスト軸受３により水平に支
持し、回転軸４の他端には図示されていない発電機を結
合している。軸受スタンド２には潤滑油５を封入してい
る。 回転軸４の外周及びスラスト軸受３のスラストカラー２
２を被い、ジャーナル軸受１及びスラスト軸受３からラ
ンナ−６側通水部に連通ずる中空部９を形成するように
前記回転軸４に−取り付けたヒートパイプ外コンテナ２
４を設け、前記中空部９に作動液２０を封入して回転軸
ヒートパイプ７を形成している。この回転軸ヒートパイ
プ７は、スラストカラー２２とジャーナル軸受１を発熱
部とし、ランナー６例のランナーボス部と上蓋間の漏水
とバランスバイブに流れる水を通水管１９内のドーナツ
状中空部に通水し、この部分の水に放熱するように構成
している。第１図において１６は上ぶた、１７はガイド
ベーン、１８は吸出管、１９は通水管である。 第２図において、回転軸ヒートパイプの通水冷却部のヒ
ートパイプ外コンテナ２４のランナー側通水部付近の外
表面全周に亘り円周方向に連なる鍋旋状または円板状の
放熱フィン２６を備え、この放熱フィン２６はヒートパ
イプ外コンテナ２４と一体に（切削加工あるいは円板を
ろ−付けや溶接などで結合）構成している。このヒート
パイプ外コンテナ２４はコンテナリブ２５及び中空部９
を備え、この中空部９は蒸気空間８に連通している。 第３図において、スラスト軸受３のスラストカラー２２
にはスラストカラーリブ２３を備え、この隣り合うスラ
ストカラーリブ２３の間に中空部９を形威し、この中空
部９は冷却部まで連通していて、作動液２０の蒸気が充
満する。 第４図において、回転軸４の外周に取りつけたヒートパ
イプ外コンテナ２４の冷却部付近の外周に円周方向の放
熱フィン２６を取り付けている。 ２２はスラストカラー　２３はスラストカラーリブ、２
５はコンテナリブである。第５図において、ヒートパイ
プ外コンテナ２４は、回転軸ヒートパイプの冷却部にコ
ンテナリブ２５を有し、このコンテナリブ２５は内径側
を回転軸４に接し、ヒートパイプ外コンテナ２４の外径
側に全周にわたり円周方向に連なる放熱フィン２６を備
えている。 第６図において、ヒートパイプ外コンテナ２４はコンテ
ナリブ２５を有し、この隣り合うコンテナリブ２５の間
に放射状の中空部９を形威し、中空部９は蒸気空間８に
連通し、ヒートパイプ外コンテナ２４の外径側に全周に
わたり円周方向に連なる放熱フィン２６を備えている。 回転軸４がスラスト力を受けて回転することにより、ス
ラスト軸受３とスラストカラー２２が摩擦により発熱す
る。またジャーナル軸受１は、回転軸４とロータの自重
により荷重を受け、回転により発熱する。スラスト軸受
３のパッド部の熱は潤滑油５に伝えられる。一方ヒート
パイプのスラストカラーリブ２３の熱はスラストカラー
２２を介して作動液２０に伝えられるとともに、ジャー
ナル部の熱はヒートパイプ外コンテナ２４を介し作動液
２０に伝えられて蒸発し、蒸気となって冷却部であるラ
ンナー６側に移動し、ヒートパイプ外コンテナ２４の外
径側の放熱フィン２６を介して放熱し、凝縮して液体と
なる。凝縮した液は、回転による遠心力で外径側に押し
やられ平滑作用で径の大きい発熱部（軸受側）に還流さ
れる。 ヒートパイプ外コンテナ２４の冷却部の外側に設けられ
た円周方向の放熱フィン２６は、この放熱フィン２６が
ない場合に比較して、伝熱面積を３〜５倍程度まで増大
できる。これにより、通水冷却部での対流伝熱抵抗を１
／３〜１１５に縮小することができる。潤滑油５に伝達
された熱の一部は、軸受スタンド２の外表面から空気中
に放熱される。作動液２０はスラストカラー２２の中空
部９を満たす程度の量を減圧封入する。

【発明の効果】

この発明によれば、回転軸外周及びスラスト軸受のスラ
ストカラーを被い、ジャーナル軸受及びスラスト軸受か
らランナー側通水部に連通ずる中空部を形成するように
前記回転軸に取り付けたヒートパイプ外コンテナと、こ
のヒートパイプ外コンテナの前記ランナー側通水部付近
の外表面全周に亘り円周方向に連なる放熱フィンを備え
、そのさい前記中空部に作動液を封入してヒートパイプ
を構成したことにより、 ■回転軸ヒートパイプの冷却部の伝熱面積が従来にくら
べて３〜５倍となるので、冷却のための有効面積を大幅
に増大させる。 ■コンテナの加工のために、回転軸の強度低下をきたす
ことがない。 ■同一温度差とした場合、対流伝熱抵抗を小さくできる
ので、放熱量が同じであれば、軸方向長さを短くできる
ため、ヒートパイプの冷却部の寸法を縮小できる。 ■コンテナ冷却部の中空部を流通する冷却水は、堝旋状
の放熱フィンの回転にともなって通水するため、流体損
失を少なくできる。 ■円周方向の放熱フィンのため切削加工が容易となり、
ヒートパイプの加工コストを低減できる。 以上により、通水冷却部での対流伝熱抵抗を低減させ、
冷却効率を高めるので、出力１０’００　ｋ　ｗ以上の
横軸水車発電機または横軸ポンプなどの軸受冷却に使用
できて、軸受冷却装置の信頼性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例による横軸水車発電機の軸受
冷却装置の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａｌｌｉ面図
、第３図は第１図のＢ−Ｂ断面図、第４図はこの発明の
実施例による回転軸ヒートパイプの断面図、第５図は第
４図のヒートパイプ外コンテナの断面図、第６図は第５
図のＣ−Ｃ断面図、第７図は従来の横軸水車発電機の水
冷オイルクーラによる軸受冷却装置の断面図、第８図は
従来例による横軸水車発電機の回転軸ヒートパイプを利
用した軸受冷却装置の断面図、第９図は他の従来例によ
る回転軸ヒートパイプを利用した軸受冷却装置の断面図
である。 １：ジャーナル軸受、３ニスラスト軸受、４：回転軸、
６：ランナー　７：回転軸ヒートパイプ、８：蒸気空間
、９：中空部、２０：作動液、２２ニスラストカラー　
２３ニスラストカラーリプ、２４：ピー１バイブ外コン
テナ、２５：コンテナリブ、２６：放熱フィン。 簗 １ 図 第 図 筑 図 情 閃 第 図 筒 図 箪 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）ランナーと直結する回転軸がケーシング外部のジャ
   ーナル軸受及びスラスト軸受により水平に支承され、前
   記回転軸の外周に前記ジャーナル軸受及びスラスト軸受
   を発熱部とし、水路に露出するランナー側通水部を冷却
   部とするヒートパイプを形成する横軸水車発電機におい
   て、前記回転軸外周及びスラスト軸受のスラストカラー
   を被い、前記ジャーナル軸受及びスラスト軸受から前記
   ランナー側通水部に連通する中空部を形成するように前
   記回転軸に取り付けたヒートパイプ外コンテナと、この
   ヒートパイプ外コンテナの前記ランナー側通水部付近の
   外表面全周に亘り円周方向に連なる放熱フィンを備え、
   そのさい前記中空部に作動液を封入してヒートパイプを
   構成したことを特徴とする横軸水車発電機の軸受冷却装
   置。