JPS6111539B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大型タービン発電機等の液体冷却回転
電機に係り、特にその液体冷却回転子において回
転子巻線とこれに電力を供給する集電環との間を
接続する接続導体の構成に関するものである。

一般に大形タービン発電機は内部を直接冷却す
る構造になつており、冷却用流体が固定子及び回
転子内の流路を通つて固定子鉄心に発生する鉄
損、導体に発生する銅損、回転子の回転による摩
擦損等を冷却している。そして現在では導体に流
路を設けて直接冷却流体を流して冷却する大容量
のタービン発電機が製造されている。

このような回転電機に従来用いられている冷却
流体は水素であつて、水素は気密な固定子枠内を
循環し、回転電機の総ての構成部品の温度を所定
温度以下に冷却しているが近年の大形発電機の超
大容量化の要求により、さらに冷却方式の改良が
必要となつて来た。それで水素より有効な冷却用
流体である液体が使用されるようになつた。すな
わち固定子巻線、固定子鉄心、回転子巻線等に流
路を設けそこに水のような冷却液を循環する。

回転子は通常3600R/Mで回転しているので、
回転子巻線の最外径部の液体圧力は200Kg/cm²以上
にもなり、かつ遠心力によつて二次流れが発生す
ることもあり、流水の状態は固定子側に比べて複
雑となるので、技術的に難しい点が多い。回転子
巻線への冷却水の給排は遠心力が最小である回転
軸の軸心近傍で行うのが有利である。この軸心に
設けた中心孔には、通常は集電環と回転子巻線を
電気的に接続する接続導体が組込まれているの
で、液体冷却回転電機では、水の流通と電気的接
続の双方を行わねばならない。しかし超大容量機
においては回転子巻線の損失が大きいため冷却水
量も増大し、中心孔における冷却水の流速が十数
m/Sにも達し管路抵抗が増し問題が生じてい
た。一方中心孔内に導体がある場合は集電環や回
転子巻線との接続が難しくなる不利があつた。そ
こで中心孔以外の所に穴を設け集電環と回転子巻
線を接続する構造や、接続導体を中心孔以外のシ
ヤフトの表面に通し軸受部のみスリーブ等で覆う
構成もよく用いられた。また接続導体の正極と負
極を一対としてシヤフト貫通孔に通すことも知ら
れている。しかし、いずれにしても従来の技術で
は冷却水の給排と導体とを組合わせた構造及び組
立に関する問題に対して具体的な解決が与えられ
ていなかつた。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、冷
却液流路の形成と接続導体の接続が容易で、十分
な冷却液流量を得ることのできる液体冷却回転電
機を提供することを目的とし、回転子巻線と集電
環とを中空孔を有する接続導体によつて電気的並
びに流体的に接続し、この接続導体に流れる冷却
液を集電環にも流すようにする。また接続導体は
正極負極各２本ずつとし各１対において冷却液は
相互に逆方向に流れるようにして、軸及び集電環
に対し熱的アンバランスを与えないようにする。

以下図面を参照して本発明の一実施例の液体冷
却回転電機を説明する。第１図はタービン発電機
の反直結側の縦断面図である。

１は固定子鉄心、２は固定子コイルである。３
は回転軸で回転子巻線４を有し、この巻線は絶縁
筒５やスロツト絶縁（図示しない）等で大地と絶
縁されている。エンド部巻線は保持リング６によ
り遠心力に対し保持されている、回転軸３は軸受
７に支えられている。回転子巻線４としては通水
孔４ａのある中空銅帯を使用する。また回転子巻
線４と軸端部にある集電環８ａ，８ｂとは接続導
体９と１９を介して電気的に接続する。集電環８
ａ，８ｂはそれぞれ正極、負極とする。接続導体
９と１９としては中空の導体を使用する。

回転子巻線４への冷却液体の給排水は最軸端に
ある軸給排水装置（図示せず）にて固定部より回
転軸３の中心孔に設けた給排水元管１０に給排水
することによつて行う。給排水元管１０は二重管
よりなり内側管１０ａ内が給水路で内側管１０ａ
と外側管１０ｂとの間が排水路となつている。

接続導体９は回転軸３の軸受部を貫通する軸方
向孔１４を通つて、回転子半径方向の溝部１５で
回転子巻線側からの接続導体１９と電気的および
流体的に銀ローにより接続する。接続導体９が回
転軸３の軸受部側面の外部に出るところは機内と
のシールのためパツキン１６，１７を介してフラ
ンジ１８により固定する。

第２図は第１図の−断面矢視図である。回
転軸３胴部の導体溝２０の内には正極および負極
の接続導体１９ａおよび１９ｂが絶縁物を介して
入つており、これと円周上180゜離れた対称位置
にも正極と負極の接続導体１９ｃと１９ｄが同様
に入つている。接続導体１９ａと１９ｂは溝部１
５で交叉してあり軸上で円周上を90゜廻つてＴ型
導体２１ａ，２１ｂに接続されている。同様に接
続導体１９ｃ，１９ｄも円周上を90゜廻つてＴ型
導体２１ａと２１ｂとに接続されている。このよ
うにして正極導体の１９ａと１９ｃはＴ型導体２
１ａを介して、また負極導体の１９ｂと１９ｄは
Ｔ型導体２１ｂを介してそれぞれ正極、負極の回
転子巻線４に接続される。回転子巻線４とＴ型導
体２１ａ，２１ｂとの接続部には給水穴２１inと
排水穴２１outがあけてある。

第３図は第１図の−断面矢視図である。導
体溝２０とヘツダ１２とが回転軸３の周上に等ピ
ツチで配置されている。ヘツダー１２と給排水元
管１０との接続も、それぞれ給水立上りパイプ１
１ａと排水立上りパイプ１１ｂが対称に組立てら
れている。

第４図は第１図の−断面矢視図で回転軸３
は軸方向孔１４が２個対称に設けてある。第５図
は軸方向孔１４の拡大図で正極及び負極の接続導
体９が絶縁材２２で絶縁されて縦ならびに入つて
いる。これは回転軸３や軸受７への熱伝導及び誘
導加熱に対し180゜離れた２ケ所のバランスがと
れるようになつている。接続導体９は、溝部１５
の軸受７寄りのところでねじられ第４図の縦なら
びが第２図の横ならびとなる。

第６図は第１図の−断面矢視図で接続導体
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄはそれぞれ軸方向孔１４
より出て90゜円周上に分かれている。正極の９ａ
と９ｃ、負極の９ｂと９ｄはそれぞれ180゜離れ
て対称に位置している。

第７図は第１図の−断面矢視図である。接
続導体９ａと９ｃとは接触環２３とロー付により
電気的に接続され、また集電環８ａの両側にある
冷却水ヘツダ２５と流体的に接合されている。集
電環８ａには円周上に分布した多数の軸方向の貫
通孔２６があり、そこに冷却水を流し直接冷却す
る。

第８図は冷却水の流れを線図にて示したもので
ある。回転子巻線４側の接続導体端部で冷却水の
給排が行われ、矢印にて示す如く冷却水は流れ
る。Ａ部において中空の通水孔は仕切られてい
る。Ｂ部は軸方向孔１４部で冷却水の流れは電流
と同様に方向が逆になつている。

すなわち、軸端に設けられた軸給排水装置より
内側管１０ａ内に供給された冷却水は軸方向機内
側へむかつて流れ、給水立上りパイプ１１ａによ
つて半径方向外側へ流れ、ヘツダ１２に導かれ
る。このヘツダ１２は回転軸３の胴部表面部の軸
方向に形成されているが、このヘツダ１２から、
絶縁給排水ブロツク１３を経て回転子巻線４に給
水される。給排水ブロツク１３の給水パイプから
Ｔ型導体２１ａ，２１ｂの給水穴２１inを通して
給水され、半分の水は回転子巻線４の最下ターン
へ、残りの半分は接続導体１９ｂ，１９ｃに流れ
る。この接続導体１９ｂ，１９ｃに入つた冷却水
は接続導体９ｂ，９ｃ、次いで集電管８ｂ，８ａ
を流れ、接続導体９ａ，９ｄ，１９ａ，１９ｄを
通つてＴ型導体２１ａ，２１ｂの排水穴２１out
のところへ戻つてくる。この冷却水は回転子巻線
４を一巡した冷却水とともに排水穴２１outから
給排水ブロツク１３を介して排水側のヘツダ１
２、立上りパイプ１１ｂ、外側管１０ｂを通り、
軸給排水装置へ還流する。

このように構成した液体冷却回転軸電機におい
ては、電気的には、集電環８より接触環２３を介
し軸受支持部の軸を貫通する接続導体９と軸上の
接続導体１９を通つて回転子巻線４に界磁電流を
供給する。一方冷却においては回転子巻線４の巻
き初め部と接続導体１９を電気的に結合するＴ型
導体２１に冷却水の給排口を設け、２つに分かれ
た接続導体の一方に給水し接続導体９を介して集
電環の軸方向の貫通穴２６に通水し180゜離れた
接続導体を通つてＴ型導体２１のもう一方より排
水するようにし、集電環８と接続導体を液体直接
冷却する。また接続導体９が軸受支持部の軸３を
貫通する際に電流と冷却水の流れる方向が互いに
逆であるので軸３及び軸受７に対する熱的、電気
的悪影響を無くすることができる。すなわち、接
続導体９は第４図に示した如く軸受部において軸
対称に配置してある。また、軸方向孔１４におい
ては２本の接続導体が入つており、それらの導体
は電流の方向と冷却水の方向がそれぞれ逆になつ
ている。そのため、熱的には180゜まわつた位置
にある軸方向孔において等しい温度となり、温度
差により軸が曲るようなことがない。また、電流
の方向が同一軸方向孔内の２本の導体において逆
であるので、その発生磁界は打消され、回転軸や
軸受に好ましくない起電力を誘起することがな
い。

以上の説明の如く冷却水の通水及び接続導体の
配置により液体冷却孔回転電機の回転子を全て液
体冷却し、且つ流体的接続の作業性の悪さに伴う
故障を無くし、簡単な冷却水循環装置が可能とな
る。また回転子巻線へ冷却水を給排するための給
排水元管を中心孔において最大限に有孔に使え冷
却水量と流速を最適に選ぶことができる。

本発明の冷却水の流れによれば総ての場所で熱
的機械的にバランスがとれており、振動問題の無
い安定した信頼性の高い液体冷却回転電機が提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例の説明
図であり、第１図は液体冷却タービン発電機の縦
断面図、第２図は第１図の−線に沿う断面
図、第３図は第１図の−線に沿う断面図、第
４図は第１図の−線に沿う断面図、第５図は
第４図に示す貫通孔１４の拡大断面図、第６図は
第１図の−線に沿う断面図、第７図は第１図
の−線に沿う断面図、第８図は冷却水の流れ
を示す線図である。 ３……回転軸、４……回転子巻線、８ａ，８ｂ
……集電環、９，１９，１９ａ，１９ｂ，１９
ｃ，１９ｄ……接続導体、１０……給排水元管、
１１……立上りパイプ、１２……ヘツダー、１４
……軸方向孔、１５……溝部、２５……冷却水ヘ
ツダ、２６……貫通孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転軸に装着され液体冷却孔を有する導体か
   らなる回転子巻線と、前記回転軸に装着された環
   体であつてその肉部に軸方向に形成された複数の
   液体冷却孔とこの液体冷却孔を両端において集合
   するヘツダとを有する集電環と、前記回転軸の中
   心において軸方向に形成された液体給排元管と、
   この回転軸の円周表面部において軸対称位置に前
   記回転子巻線の端部から前記集電環までにわたつ
   て設置され冷却液体の流れる中空孔を有し正極と
   負極を一組とする二組からなりその各組において
   冷却液体が互いに逆方向に流れる接続導体と、こ
   の接続導体と前記回転子巻線の端とのあいだに接
   続され前記液体給排元管からの冷却液体の給排を
   回転子巻線と接続導体とに振分ける中空のＴ字形
   導体とを備えたことを特徴とする液体冷却回転電
   機。