JPS6038942B2 - 液冷回転子形回転電機の冷却液導出入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は冷却液を回転子に循環させてこれを冷却する
液冷回転子形回転電機、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）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ゞ実現のための最大の問題であり、
これが液冷回転子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
冷却液例えば純水が供給される入口管である。

２は閉口部２ａを有しこの関口部を介して上記入口管１
からの冷却液を受け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の周囲に所定の間隙をおいて設けられ
た円管状の流出管でり、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閉口部であり、
この開□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。即ち第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との間のスべ−サとなって流入管２と
流出管３とを一体に結合すると共に両替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とは例えば焼ば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）が装着ごている
。

またこの回転子軸５には図か明らかなように、上記給９
Ｅ管４の流入略２ｂ及び流出路３ｂにそれぞれ連通する
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に排出されるよになっている。なお図中の矢印Ａ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５ｃ，３ｂを経由して
流出管３の閉口部３ａから排出される。６１はこの閉口
部３ａからの排出液を受け入れるための上流側出口萎す
なわち第１の出口室であり、冷却液が大気と接触して汚
染さるのを防止するため常に冷却液が充満状態をを保つ
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
の出口室であり、この第１の出口室から導出された冷却
液は上記のように大気と接触せず汚染されていないから
、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内から冷却液が第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かの努力
が払われる。

こ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からの漏液を受け入れる
中間出口室すなわち第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く、したがって冷却液が大
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
口室６２に窒素、水素などのしやへし、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）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か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８Ｅ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からの漏液を受け入れる下流側出口室すなわち第
３の出口室７３はこの第３の出口室に蓮適する第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、大気とのしやへし、
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。上記の装置により冷却液は
回転子から放出さた後閉ループで再循環されるが空気又
は他の気体がこの冷却液に混入し回転子内へ運ばれるこ
とが考えられる。

水は勿論気体より重く、そのため遠心力も大きいので冷
却水に混入して運ばれたいくらかの気体は流入路２ｂに
入ると回転子軸５の轍心に押しやられ、軸Ｄ付近に蓄積
されその量が多くなれば大きな気泡となって回転子コイ
ルへ冷却液と共に流入する。このようなことは流入路２
ｂの水路面積をせばめ水の流れを不安定にする原因とな
ると同時に回転子の重量アンバランスによる振動を発生
させ極めて不都合なことである。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、流入路２ｂの鞠心と流出路３ｂを
結ぶ気体排出路を設け、流入路２ｂの軸心に気体が一定
量以上たまった場合にこの気体排出路が開いて流入路２
ｂの藤心にたまった気体をこの排出路を通して流出路３
ｂへ排出することにより、流入路の流路面積を確保して
安定した水の流れを得ることができ、また回転子コイル
へ気泡が流入することがなくなり気泡流入による回転子
の振動を防ぐことが可能となる。

以下この発明の実施例を図につて説明する。

第３図において、１０は一端が流入管２の中心部近くに
、他端が弁シート部に蓮適する部分例えば後に述べるっ
る巻きバネ１１の収納部分に閥口するＴ字形排出路を有
して流入管２の中心側先端が流入管２の中心近くにまで
延びていると共に流入管２の中心に近い側の外径は細く
形成されかつ弁シート部を備えた弁であって、この弁１
０の流入管２の中心に近い側の抵抗により、流入管２内
の冷却液の流れが阻害されて冷却液の外向きの半径方向
の液圧を低下させることを、上記弁１０の外径を細くし
て抵抗を小さくすることによって防ぎ、できるだけ半径
方向外向きの冷却液圧力を大きく保っている。１０ａは
弁１０に設けた排出流路、１１は回転時の弁１０の遠心
力と麹心に気体がたまっていない状態での半径方向の冷
却液圧力の和よりいくぶん小さな力を有する加圧部材例
えばつる巻きバネ、１２は一端が流入管２の管壁に内側
に突出するように固定して設けており、弁１０の弁シー
ト部に接藤する弁シート部が形成されていると共に弁１
０を収納する凹部が流入管２の中心側に形成されている
弁座１２ａは弁座１２の中心に設けられた排出流路、１
３は弁１０と弁座１２との間に設けられた微少なる隙間
、１４は弁１０と弁座１２との弁シート部であって、弁
１０の作動によって半径方向に隙間を生じ、１５は軸心
である。

このように構成すると、回転時軸心１５付近に気体がた
まっていない状態では、つる巻きバネ１１の力が弁１０
の遠心力と弁１０に半径方向に加わる水圧力の和より小
さいために隙間１４はなくなり、流入路２ｂより流出路
３ｂへは冷却液の漏洩はない。

回転電機を長時間運転しつづけると流入路２０の軸心に
は徐々に気体がたまり、流入略の流体通路が少なくなる
。

このように鞠心１５に気体がたまり、その量が増加する
につれて弁１０に半径方向に加わる水圧力は減少し、ひ
いてはつる巻きバネ１１の力が弁１０の遠心力と弁１０
に半径方向に加わる水圧力の和より大きくなり、弁１０
が軸心側へ移動し始める。

つまり弁１０の移動開始始時まで閉鎖していた弁１０と
弁座１２との弁シ−卜部１４は、離れて開き、従って、
弁１０の排出流路１０ａと弁座１２の排出流路１２ａと
は、つる巻きバネ１１の収納部分及び弁シート部１４を
介して蓮通し、その結果、流入管２の軸０にたまった気
体は、弁１０の排出流路１０ａ、つる巻きバネ１１の収
納部分、開いた弁シート部１４及び、弁座１２の排出流
路１２ａを通って、流出略３ｂへ排出される。軸心にた
まった気体が排出されるに従って逆に弁１川こ半径方向
に加わる水圧力は増加し、ひいてはつる巻きバネ１１の
力が弁１０の遠心力と弁１０に半径方向に加わる水圧力
の和より４・さくなり、弁１０が外側へ移動し、ひいて
は弁１０と弁座１１の半径方向隙間１４がなくなる。第
４図はこの発明の他の一実施例を示すもので、弁１０に
ストッパ１０ｂを付加したものを示している。

機能は第３図と同様である。すなわち、軸心１５に気体
がたまると、バネ１１の反溌力が弁１０に働く遠心力と
弁１０に半径方向外側に加わる水圧力の和より大きくな
り、弁１０が落下して弁１０と弁座１２との間に隙間が
出来、この隙間と排出流路１２ａを通って軸心付近の気
体が流出路３ｂに排出される。ストッパー０ｂは弁１０
の落下をある程度に制限するために設けられている。な
お、上記実施例では加圧部材としてつる巻きバネを使用
したが、弁の遠心力と弁に半径方向に加わる水圧力に抗
して弁を軸心側へ押し返せるものであれば板バネ、サラ
バネ、ベローズ、ダイヤフラムなどを用いてもよいこと
はいうまでもない。

以上のようにこの発明によれば、流入路の鱗心と流出路
を結ぶ気体排出路を設け、流入路の軸心に気体が一定量
以上たまった場合にこの気体排出路が開いて流入路の車
由心にたまった気体をこの排出路を通して流出路へ排出
することにより、流入路の流路面積を確保して安定した
水の流れを得ることができ、かつ回転子コイルへ気泡が
流入することがなくなり、気泡流入による回転子の振動
を防ぐことができる。

上記実施例ではこの発明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。

【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図のローロ線における断面図、第３図はこの発明の一
実施例による冷却液導出入装置の気体排出部分の断面図
、第４図はこの発明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、２は流入管で、２ａはその開○部、
２ｂは流入路、２ｃは突出片、３は流出管で、３ａはそ
の閉口部、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、６１，６１２は上流側出口室（
第１の出口室）、６２は中間出口室（第２の出口室）、
６３は下流側出口室（第３の出口室）、７１，７２，７
３，７１２は出口管、８１，８２，８３，８４はラビリ
ンスシール、９は供気管、１０は弁、１１はつるまきバ
ネ、１２は弁座、１０ａ，１２ａは排出流路、１３は隙
間、１４は弁シート部を示す。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転電機の回転子軸に一端が結合され回転子軸に冷
   却液を導入する流入管、この流入管の外周に間隔をおい
   て配置され、その間隔を介して回転子軸から排出される
   冷却液を導出する一端が回転子軸に結合され他端に開口
   部を有する流出管、この流出管の外周に間隙をおいて設
   けられて上記流出管の開口部から排出の冷却液を受け入
   れ外部に排出する大気圧より高圧の遮蔽気体が封入され
   ている上流側出口室、この上流側出口室の軸方向に設け
   られて上流側出口室からの漏洩冷却液を受ける下流側出
   口室、流入管内部に流入管の半径方向に向かつて固定さ
   れ、流入管の中心側内部に弁が収納されると共に弁シー
   ト部が形成され、かつ、流出路と弁シート部との間に排
   出流路が形成されている弁座、弁座の流入管中心側内部
   に収納され、弁座の弁シートに密着して接離可能の弁、
   並びに、弁と弁座との間に設けられた、弁の遠心力と弁
   に対して半径方向に加わる冷却液の液圧力との和よりも
   小さくかつ上記遠心力と流入管の中心部にたまつた気体
   により圧力が減少した冷却液の弁への液圧力との和より
   も大きな張力を有する加圧部材を備え、弁及び弁座の弁
   シート部と流入管の中心部近辺とを連通するように構成
   したことを特徴とする液冷回転子形回転電機の冷却液導
   出入装置。