JPH0817555B2 - 回転子の熱的バランス調整方法 - Google Patents

回転子の熱的バランス調整方法

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JPH0817555B2
JPH0817555B2 JP62220169A JP22016987A JPH0817555B2 JP H0817555 B2 JPH0817555 B2 JP H0817555B2 JP 62220169 A JP62220169 A JP 62220169A JP 22016987 A JP22016987 A JP 22016987A JP H0817555 B2 JPH0817555 B2 JP H0817555B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転電機回転子の熱的バランス調整方法に係
り、特に回転子内部に冷媒通路を有し、この冷媒通路に
たとえば水素などの冷媒を流通せしめて冷却するように
なしている回転子の熱的バランス調整方法に関するもの
である。
〔従来の技術〕 一般に回転体はできるだけ軸振動を小さくするために
バランス調整がなされる。この回転体のバランス調整方
法は、一般にバランスウエートを用い、その量及び位置
を調整することにより回転体のバランスを調整するよう
にしている。この調整方法は比較的簡単であり、また高
精度でバランスさせることが可能である。
しかし、回転電機の回転子のバランス調整となると、
回転体自体が熱をもつことから、熱による軸の曲りや、
回転子表面からの熱放散の不均一などによる局部的な軸
変形が生じ、すなわち熱的アンバランスによる軸振動が
生じ、単に機械的なバランスをとっただけでは軸振動を
低下させることはできないのである。
この熱的アンバランスを解消することは非常に難しい
ことで、今までにも種々研究され、種々案は出されてい
るが、充分満足のゆくものは見い出されてはいないのが
実状である。
その中でもこの熱的バランス調整方法として比較的優
れているものに、たとえば特公昭58-40899号公報に挙げ
られているものが知られている。すなわち回転子内部の
冷却媒体の流通路を調整することにより熱的アンバラン
スを解消しようとするものである。この方法であると補
正すべき主成分が明確となれば良好な熱的バランスをと
ることは可能なのである。
しかし、問題はその補正すべき成分を如何に正確に検
出あるいは求めるかに依存される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一般の回転電機であれば、実負荷と同条件で回転子を
駆動し、熱的アンバランスの軸振動成分を検出し、その
分補正すればよいので、問題なく熱的バランスをとるこ
とは可能であるが、しかし大容量の回転電機においては
このバランス調整が模擬負荷のもとで工場内にて行なわ
れること、また回転電機によつては冷却媒体に特殊なガ
ス、たとえば水素ガスが用いられているものがあること
から、熱的バランス調整時と実用運転時とでは冷媒の通
風条件が異なり、充分バランス調整をしたにもかかわら
ず、それ程熱的アンバランスが解消されていないのが普
通である。
即ち、この種冷媒に水素ガスを用いる回転電機であつ
てもバランス調整時には爆発の危険から水素ガスを用い
ることはなく、一般には冷却空気を冷媒としてバランス
調整を行つているのが普通で、このために回転子自体は
実負荷状態と同一温度であつても、この冷媒が水素ガス
と空気とでは異ることから、バランス調整時と実用運転
中とでは各部の冷媒流通量や冷却温度に差が生じ、工場
内におけるバランス調整時には熱的なバランスた良好で
あつても、実用負荷条件では必ずしも良好でないので、
回転子の曲がりを補正するのが容易でなかつた。
本発明の目的は、たとえば工場内のバランス調整時に
おける周囲条件が異つても、良好な熱的バランスをとる
ことのできる回転子の熱的バランス調整方法を提供する
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
即ち、本発明は、実負荷時における回転子の軸振動成
分を模擬負荷時の検出結果より、求めるに際し、模擬負
荷時において前記回転子を外部より所定の温度に保ちつ
つ回転させたときの軸振動成分と、前記回転子巻線に通
電し、回転子巻線が所定の温度状態のときの軸振動成分
とを、夫々別途検出し、夫々の軸振動成分を夫々実負荷
時の温度状態における軸振動成分を温度的に換算し、こ
の換算された両者軸振動成分をベクトル加算して実負荷
時における回転子軸振動成分を求めるようにしたのであ
る。
〔作用〕
このようにすると、回転子を外部より加温したときの
軸振動成分と、回転子を内部より加温した軸振動成分と
を別途検出し、夫々実負荷時の温度状態の軸振動成分を
温度的に換算し、そしてその換算後の軸振動成分をベク
トル的に加算するようにしているので、夫々のアンバラ
ンスは温度上昇が線形に発生することから、夫々の軸振
動成分はそのアンバランス方向は決定され、かつその量
は温度の換算によつて定まるので実負荷時に生ずるであ
ろう軸振動成分の方向及び量を、模擬負荷時において正
確に知ることが可能となり、従って、この種回転電極で
あつても良好な熱的バランスをとることができるのであ
る。
〔実施例〕
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。第1図〜第2図にはその熱的バランス調整方法が順
序だてて示されている。
まず調整方法を説明する前に各部品及び装置について
説明すると、図中1は熱的バランスの調整がなされる回
転子を示すもので、この回転子は回転子胴部1a及びこの
回転子胴部に巻回された回転子巻線1bを備えている。ま
たこの回転子の内部にはたとえば第3図に示すように回
転子胴部1aや回転子巻線1bを冷却するための冷媒流通路
1cを備え、その流通路はある程度冷媒流通量が調整可能
に形成されている。
この回転子は軸受2により回転自在に支持され、また
バランス調整に際して駆動電動機3により所定の回転速
度で回転するようになつている。また回転子はその胴部
1a部分がカバー4にて覆われ、その内部で回転するよう
に形成されている。カバー4の内部空間には回転子を外
表面より加温調整するための加温装置(回転子表面が空
気との摩擦で温度が上昇し過ぎる場合には冷却装置)5
が設けられている。
一方、回転子をその内部より加温するための温度が6
として示されている。即ち、この装置は回転子巻線1bに
通電し、巻線の銅損を利用して回転子を内部より加温す
るもので、回転子巻線に流す電流の調整が可能な電源装
置である。6aはそのスイッチである。尚軸受2の部分に
7として示されているのは軸振動センサ、また8は軸振
動計測装置を示すものである。
次に回転子の熱的バランス調整方法について説明す
る。
先ず、第1図に示すように回転子1がセットされてい
る時に、回転子1に偏芯が無い理想的な状態は、第5図
(A)に示す軸振動が零の時である。第5図(A)〜
(B)及び第6図のX軸及びY軸は回転子1のX及びY
振動値を示すと共に、原点0を中心として角度360°の
振動位相θを示すものである。
1).さて、回転子1の軸振動が零から約50°の振動位
相θで振動している時の軸振動成分を1とする。
この状態で、第1図に示されているように、回転子1
は内部加温装置6が無作動状態(スイッチ6aが開)で、
かつ外部加温装置5が作動した状態で所定の速度が回転
させられる。回転子1の軸振動が軸振動センサ7で検出
し、これを軸振動計測装置8に入力する。軸振動センサ
7は第4図に示されているように周方向に複数個配置さ
れ、軸振動の振動値及びその振動位相、いわゆる軸振動
成分が検出される。
検出された軸振動成分を2とする。軸振動成分2
軸振動成分1に比べて、回転子1の主軸が外部加温装
置5により過熱された分だけ、振動値が大きな軸振動成
2となって、検出された軸振動変化成分を円線図で
示すと軸振動成分となる。
2).次に第2図に示す検出が行なわれる。即ち、軸振
動成分1を有する回転子1は、内部加温装置6が作
動、すなわちスイッチ6aが閉じられ電源装置6より回転
子巻線1bに所定の電流が流されて、内部より加温された
状態で回転させられたときの巻線16の曲がりによる軸振
動成分は3となり、この時の軸振動変化成分が第5
図(B)のように検出される。
軸振動成分ととの差分の偏芯値を示す軸振動成分
を第5図(C)に示し、次の式により求めることがで
きる。
=− …(1) ここで、は主軸の曲がりによる軸振動成分、は主
軸と巻線の曲がりによる軸振動成分は巻線の曲がりに
よる軸振動成分である。
2).しかしながら、実際の運転時には、冷却水素ガス
雰囲気中での実際の温度上昇、たとえば最大負荷時の温
度上昇を考慮する必要があるので、実負荷時の振動ベク
トルは夫々実負荷時の温度換算したベクトル和である
から、図で示すと第6図の如く示される。式で示すと下
式の如くなる。
=α+β …(2) ここで、αは回転子の主軸の温度上昇、βは巻線の温
度上昇を示す。
α、βを求めると次の式で表すことができる。
ここで、 Ta1:加温後の回転子軸温度 Ta0:加温前の回転子軸温度 Ta3:加温後の回転子巻線温度 Tb0:加温前の回転子巻線温度 Tc2:加熱後の回転子軸温度 Tc0:加熱前の回転子軸温度 Tc3:加熱後の回転子巻線温度 この軸振動成分が実負荷時における熱的アンバラン
ス成分であり、実用に際しては、軸振動成分を生じた
巻線部分と反対側巻線部分に軸振動成分Sと逆の成分を
与えるように回転子内部の冷媒流通路を調整するのであ
る。たとえば特許公報昭58-40899号公報にも示されてい
るように楔を軸方向に移動して通風穴に入る冷媒通風量
を調整して、発電機回転子内部に発生する熱的アンバラ
ンスを調整するのである。
更に具体的に云えば、即ち、第6図は実負荷時の巻線
と主軸とが曲がりが違う場所に生じる時の軸振動成分α
PとβRとであり、この時の合成された振動ベクトルS
と成る。振動ベクトルSを生じる巻線部分と反対側の巻
線部分をSと逆の成分つまりSを打ち消す成分−Sにな
るように、回転子内部の冷媒流通路の冷媒量を調整す
る。つまり、第6図は一個所の冷媒流通路を調整すれば
いい。
このように、模擬負荷時の振動値から簡単に実負荷時
の振動値を求めることができるので、回転子の曲がりを
容易に補正できるようになつた。
次に第7図の実測データより、従来のバランス調整方
法による回転子と本発明のバランス調整方法にる回転子
とをその効果より比較してみる。この図は所定回転速度
における出力と軸振動との関係を表わしたもので、供試
回転子としては一般に大容量といわれるもので、出力が
376MW、回転数が3600rpmのものである。
この図の2点鎖線よりなる直線Q1が熱バランス調整
を行なわない回転子の軸振動成分であり、これに対して
直線Q2が従来の方法により熱バランスの調整した回転
子で、この従来の方法でも大きく軸振動が低下している
ことがわかるが、これにもましてさらに低下している直
線Q3が本発明の方法により熱バランス調整したもの
で、これら直線Q2,Q3の比較からも明らかなように、本
発明の方法では従来の方法に比べ約半分に低下している
ことがわかり、本発明の方法がいかに優れているかわか
るであろう。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明は模擬負荷を用いて実
負荷時における回転子の予想軸振動成分を求めるに際
し、回転子を周囲より加温しつつ検出した軸振動成分
と、回転子巻線に通電して回転子を内部より加温しつつ
検出した軸振動成分とを夫々別途検出し、この夫々の軸
振動成分を夫々実負荷時の温度状態における軸振動成分
に温度的に換算し、この両者軸振動成分をベクトル加算
して実負荷時における回転子軸振動成分を求めるように
したから、たとえば模擬負荷にける熱的バランス調整時
と実負荷時との周囲条件が異つても、又模擬負荷が実負
荷と大きく異る場合であっても、回転軸の外部温度によ
る補正及び回転子巻線の加熱による補正が線形に変化す
る温度換算により行なわれ良好な熱的バランスをとるこ
とができる。つまり、模擬負荷時の振動値から簡単に実
負荷時の振動値を求めることができるので、回転子の曲
がりを容易に補正できるようになった。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第2図は本発明の熱的バランス調整方法の説明
図、第3図は回転子胴部の要部を示す断面図、第4図は
軸振動検出センサの配置を示す説明図、第5図(A)、
(B)、(C)及び第6図は軸振動成分を示す特性図、
第7図は電気的出力と軸振動との関係を表わす特性図で
ある。 1……回転子、1a……回転子胴部、1b……回転子巻線、
1c……冷媒流通路、2……軸受、5……外部加温装置、
6……内部加温装置、7……軸振動センサ、8……軸振
動計測装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古山 昌之 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大井 柾雄 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】胴部を有する回転軸と、首記胴部に巻回さ
    れた巻線とを備え、かつ首記胴部内に首記巻線を冷却す
    るための冷媒を流通させる冷媒流通路を有し、かつ冷却
    水素ガス雰囲気中で回転する回転子のその熱的バランス
    を空気雰囲気中で調整する方法において、 空気雰囲気中で回転子を外部より所定温度に加温した状
    態で回転させた時の回転軸の曲がりによる外部軸振動成
    分Pを検出し、回転子巻線に通電し所定温度に達した時
    の回転軸と巻線の曲がりによる内部軸振動成分Qを検出
    し、下記(1)により、巻線の曲がりによる軸振動成分
    Rを求め、 =− …(1) 外部軸振動成分P及び軸振動成分Rに対して、実負荷時
    の回転子の回転軸及び回転子巻線の冷却水素ガス雰囲気
    中の温度に換算した係数をα及びβとして、下記(2)
    により、実負荷時の軸振動成分Sを求め、 =α+β …(2) この軸振動成分Sの巻線部分と反対側巻線部分を逆の成
    分になるように回転子内部の冷媒流通路の冷媒を調整し
    て回転子の曲がりを補正することを、特徴とする回転子
    の熱的バランス調整方法。
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