JPS5836210Y2 - 液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は冷却液を回転子に循環させてこれを冷却する
液冷回転手形回転電機、特にその冷却液の導出入装置に
関するものである。

周知のように、回転電機にあってその単機容量を増大す
るには、温度上昇をいかに抑えるか、つまり効果的な冷
却をいかに実現するかにかかつている。

換言すれば、回転電機の容量はその温度上昇、すなわち
冷却性能により決まるといっても過言ではない。

他方、回転電機のうちの発電機、特にタービン発電機は
発電所建設の効率化の点からますますその単機容量の増
大が必要となってきている。

ところで、これまで、タービン発電機の冷却には水素ガ
スを循環する冷却方式が採用され、単機容量の増大が実
現されてきたが、すでに限界ともいえる状態にあり、水
素ガス冷却では現在以上の飛躍的な容量の増大が期待で
きない。

そこで別の冷却方式の実用化が強く望まれるところであ
る。

この要求に応えるには、冷却媒体として水素ガスに代え
て冷却効率の良い冷却流体、例えば水を利用することが
考えられる。

この考えのもとに、固定子に冷却液を循環させてこれを
冷却することはすでに提案され、実現されているが、こ
れを発展させ首尾よく回転子にまで冷却液を循環させる
ことができれば、冷却効果を飛躍的に増大させることが
できる。

ところが、タービン発電機を例にとった場合、回転子は
通常毎分３．６００回転（６０Ｈｚ）もの高速度で回転
しており、か・る高速回転体にいかにして冷却液を導入
し、かつこれを導出するかが実現のための最大の問題で
あり、これが液冷回転手形回転電機の普及を阻害してき
た。

第１図は従来考えられた液冷回転子の冷却液導出入装置
を示す図であり、１は送給ポンプ（図示せず）を介して
冷却後、例えば純水が供給される入口管である。

冷却液として純水が用いられるのは次の理由による。

冷却液は後述のように各管内及び回転子コイル内を循環
せられるものであるから、もし、か・る冷却液として不
純物の混入した水を用いた場合、その不純物のため基管
および回転子コイルが腐蝕することになり、このため何
等の不純物をも含まない純水を用いることが望ましいわ
けである。

２は開口部２ａを有し、この開口部を介して上記入口管
１からの冷却液を受は入れる円管状の流入管であり、そ
の中空内部２ｂは冷却液の流入路となる。

３は上記流入管２の周囲に所定の間隔をおいて設けられ
た円管状の流出管であり、流入管２との間の間隙３ｂは
冷却液の流出路となる。

３ａはこの流出管３の一端に設けられた開口部であり、
この開口部を介して冷却液が排出される。

ところで、上記流出管３と流入管２は第２図のように一
体に結合されて給排管４を構成する。

すなわち、第２図において、２Ｃは流入管２の外周にこ
れと一体に形成された複数個（図は６個の場合を示す）
の突出片であり、この突出片２Ｃは流出管３との間のス
ペーサとなって流入管２と流出管３とを一体に結合する
とともに、両管２，３の補強の役目を兼ねている。

この突出片２Ｃを有した流入管２と流出管３とは、例え
ば焼はめ等により堅固に一体結合され、給排管４を構成
する。

４ａはこの給排管４の終端に形成されたフランジ、５は
このフランジと密着し、例えばボルト（図示せず）など
により結合されるフランジ５ａを有した回転電機の回転
子軸であり、この回転子軸にはいうまでもなく回転子コ
イル（図示せず）が装着されている。

また、この回転子軸５には図から明らかなように、上記
給排管４の流入路２ｂ及び流出路３ｂにそれぞれ連通ず
る流入路５ｂと流出路５ｃとが設けられ、流入路５ｂか
ら送給された冷却液は回転子コイルを循環したのち流出
路５ｃに排出されるようになっている。

なお、図中の矢印は冷却液の流れを示すものであるが、
上記のように回転子コイルを循環冷却した後、流出路５
Ｃ，３ｂを経由して流出管３の開口部３ａがら排出さ
れる。

６１はこの開口部３ａからの排出液を受は入れるための
第１の出口室であり、冷却液（純水）が大気と接触して
汚染されるのを防止するため常に冷却液が充満状態を保
つように構成されている。

７１はこの第１の出口室の冷却液を導出するための第１
の出口管であり、この第１の出口管がら導出された冷却
液は上記のように大気と接触せず汚染されていないがら
、熱交換器（図示せず）等により温度を下げた後、送給
ポンプ（図示せず）を介して再び入口管１に送給され、
再循環に供される。

８１は入口管１内がら冷却液が第１の出口室６１に漏れ
るのを抑えるための第１のラビリンスシールであり、回
転部と固定部との間の漏液を皆無にすることが不可能で
あることから、専ら漏れをいかに少なく抑えるがの努力
が払われる。

この漏液は上記のように第１の出口管７１を介して再度
循環に供されるから大きな問題とはならないが、あまり
に漏れ量が多いと効率が悪くなるから少ない方が望まし
いことはいうまでもない。

８２は上記第１の出口室６１と回転する給排管４との間
の漏れを抑えるための第２のラビリンスシール、６２は
この第２のラビリンスシールをすり抜けた第１の出口室
６１からの漏液を受は入れる第２の出口室である。

この第２の出口室６２は上記第１の出口室６１とは異な
り冷却液が充満することがなり、シたがって冷却液（純
水）が大気と接触して汚染されるおそれがある。

９はこれを防止するための供気管であり、この供気管を
介して第２の出口管６２に窒素、水素などのしやへい気
体を常時供給することにより、第２の出口室６２内の圧
力を常に大気圧より僅かに高い状態に保ち、第２の出口
室への大気の侵入を阻止することとしている。

したがって、この第２の出口室６２の漏液も大気と接触
せず汚染されていないから、第２の出口管７２がら導出
した冷却液は上記第１の出口室６１から導出した冷却液
と同様、熱交換器、送給ポンプ（何れも図示せず）を介
して再循環に供される。

８３は上記第２の出口室６２と回転する給排管４との間
の漏れを抑えるための第３のラビリンスシール、６３は
この第３のラビリンスシールをすり抜けた第２の出口室
６２からの漏液を受は入れる第３の出口室、７３はこの
第３の出口室に連通ずる第３の出口管である。

第３の出口室６３へ至る冷却液は、２段のシール８２．
８３の効果により少量であるから、大気とのしやへいを
行なわず、したがって、第３の出口管７３から導出した
冷却液は再循環に供することなくそのま・廃棄する。

もちろん、再処理装置に送り込み、純水化処理して再循
環に供し得ることも可能である。

ところが、上記従来装置では入口管１の内径よりも流入
管２の内径が小さい。

このため入口管１からの冷却液が流入管２の端面２ｄに
強く衝突してこの端面２ｄを壊食する危険がある。

さらに、入口管１からの冷却液が第１のシール８１を直
撃するから第１のシールに動圧が加わることになって第
１のシール８１における冷却液の漏れを増大する。

これらの問題を解決するには、入口管１の内径を小さく
して流入管２の内径を等しくすればよいわけであるが、
入口管１の内径を小さくすることは、入口管１における
管路抵抗を増すことになって、送給ポンプ（図示せず）
の容量をそれだけ大きくしなければならず好ましくない
。

この考案は上記諸問題を解決しようとするものであり、
第３図にその一実施例を示す。

第３図から明らかなように、この考案は人口管１を内径
の大なる第１の入口管１ａと内径が流入管２の内径と等
しい第２の入口管１ｂとに２分するものとした。

１０は第１の入口管１ａと第２の入口管１ｂとを接続す
るための接続管である。

すなわち、内径が流入管２の内径と等しい第２の入口管
１ｂの一端を接続管１０を介して第１の入口管１ａに接
続し、第２の人口管１ｂの他端を流入管２の開口部２ａ
に対向配置するものとした。

したがってこの考案によれば、流入管２の開口部２ａに
対向する第２の入口管１ｂの内径を流入管２の内径と等
しくしたから、冷却液が流入管２の端面２ｄに直接衝突
することがなく、また、第２の入口管１ｂの長さ、すな
わち入口管１の内径を小さくした範囲を極めて短くして
いるので、管路抵抗は微増にとどまる。

したがって、端面２ｄの腐食を回避することができる。

また、冷却液がシール８１を直撃することがなくなるか
ら、シール８１に動圧が加わらず、第１図の従来装置に
比しシール８１における冷却液の漏れを格段に少なくす
ることができる。

なお、上記実施例では、この考案を出口室が３つの場合
に適用した例を示したが、第４図のように出口室が２つ
の場合にあっても同様に適用し得るものである。

すなわち、第４図において、６１２は第１図における出
口室６１．６２を一体にした出口室７１２はこの出口室
６１２に連通ずる出口管、９は第１図と同様の供給管で
あり、出口室６１２を冷却液により充満することなく、
供気管９からしやへい気体を送給して出口室６１２内の
圧力を常に大気圧よりも僅かに高い値に保持することに
より大気との接触による冷却液の汚染を防止するものと
している。

すなわち、第１図における２つの出口室６１．６２を１
つにまとめたもので゛あり、その出口管７１２から導出
された冷却液は第１図と同様、再循環に供するものとし
ている。

尚、出口室の数については上記実施例に限定されるもの
ではなく、少なくとも２つ以上であれば同様の効果を奏
するものである。

また、上記実施例では、第１の入口管１ａと第２の入口
管１ｂとを接続管１０を介して接続するものとしたが、
接続管１０を第１の入口管１ａあるいは第２の入口管１
ｂと一体に形成して接続管１０を省略することも可能で
ある。

また、上記実施例では、冷却液として純水を用いる場合
を示したが、容管及び回転子コイルを腐蝕しない液体で
あれば純水以外のものであってもよいことはいうまでも
ない。

さらに、上記実施例ではこの考案を発電機、特にタービ
ン発電機に適用するものとして説明したが、必要なら水
車発電機など、その他の発電機はもちろん、電動機等各
種の回転電機に適用し得ることはいうまでもない。

また、上記実施例では、冷却液の漏れを抑えるためのシ
ールとしてラビリンスシールを用いるものとしたが、メ
カニカルシール を用いてもよいことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却液導出入装置を示す図、第２図は第
１図のＩＩ−ＩＩ線における断面図、第３図はこの考案
の一実施例を示す図、第４図はこの考案の他の適用例を
説明するための図である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
であり、１は入口管、１ａは第１の入口管、１ｂは第２
の入口管、２は流入管で、２ａはその開口部、２ｂは流
入路、２Ｃは突出片、２ｄは開口端面、３は流出管で、
３ａはその開口部、３ｂは流出路、４は給排管で、４ａ
はそのフランジ、５は回転子軸で、５ａはそのフランジ
、５ｂは流入路、５Ｃは流出路、６１ 、６２，６３，
６１２は出口室、７１ 、７２，７３，７１２は出口管
、８１ 、８２，８３．８４はラビリンスシール、９は
供給管、１０は接続管である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 冷却液を導く入口管、一端が回転子軸に結合され、他端
   が開口して上記入口管に対向し、人口管からの冷却液を
   導入する円管状の流入管、この流入管の外周に間隙をお
   いて配置され、その間隙を介して冷却液を導出する一端
   が上記回転子軸に結合された円管状の流出管、この流出
   管の他端に設けられた冷却液を排出する開口部、この開
   口部を包囲し、該開口部から放出される冷却液を受は入
   れ外気としゃ断することにより上記冷却液の汚染を防止
   すると共に上記入口管に固着された出口管を有する出口
   室、この出口室の一側と上記流入管との間の冷却液の通
   過を抑える第１のシール、上記出口室の他側と上記流出
   管との間の冷却液の通過を抑える第２のシールとからな
   る冷却液導出入装置において、上記入口管を大なる内径
   を有する第１の入口管と、この第１の入口管に一端が接
   続され、他端が上記流入管の開口部に対向する内径が流
   入管の内径と等しい第２の入口管とにより構成すること
   を特徴とする液冷回転手形回転電機の冷却液導出入装置
   。