JPS6043737B2 - 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、回転電機にあつてその単機容量 を増
大するには、温度上昇をいかにに抑えるか、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つても過言ではない。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単機容量の増大が必要となつ
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Ｊ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つた場合、回転子は通常
３６００回転（６０Ｈｚ）もの高速度で回転しており、
か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
冷却例液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、その不純物のため各管及び回転子
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。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個の楊合を示す）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つて流入管２と
流入管３とを一体に結合すると共に両管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ｊり結合されるフランジ５
ａ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・れ連通す
る流入路５ｂと流出路５ｃとが設けられ、流入路５ｂか
ら送結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つている。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、流出後５ｃ，３ｂを経由し
て流出管３の開口部３ａから排出される。６１はこの開
口部３ａからの排出液を受け入れるための上流側出口室
すなわち第１の出口室てあり、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の出フロ管から導出された冷
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１１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６
１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
り冷智液が充満することがなく、したがつて冷却液（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、この供給管を介して
第２の出口室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たこととしている。

したがつてこの第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
転する給排管４との間からの、上記しやへい気体の漏れ
を抑えるための第３のラビリンスシールであり、８３の
シール部分の中央部には図示されていない供給手段によ
り密封液が送結される給水管８３ａの先端が開口してお
り、この給水管８３ａから、しやへい気体より僅かに圧
力の高い密封液が供給され、この圧力差によつて、しや
へい気体を第２の出口室６２内に密封する。

この密封液の一部はラビリンスシール８３ｃをすり抜け
て、上記の第２の出口室６２へ流入するが、前述の如く
第２の出口管７２から導出した冷却液は純水化処理され
ることなく再循環されるので、この密封液は冷却液と同
じく純水を用いなければならない。６３はラビリンスシ
ール８３ｂをすり抜けた密封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の出口室に連
通する第３の出口管である。

第３の出口室６３は大気としやへいされておらず、従つ
て６３へ漏れこんだ密封液は大気に汚染されるので再循
環に供することなく廃棄する。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。以上のように、第３の出口室６３へ漏れ込んだ密
封液（純水）は廃棄あるいは再処理されるので、純水製
造装置あるいは再処理装置を小型化する為には、第３の
出口室６３へ漏れこむ密封液（純水）の量を極力抑える
必要がある。従来の第３のシール８３の第３の出口室６
３側に位置するシール８３ｂはラビリンスシールであつ
たので、第３の出口室６３へ漏れこむ密封液の量を抑え
るにはシール部の長さを長くする必要があつた。

ところで回転子軸５は軸受（図示せず）により支承され
るが、給排管４は図から明らかなように出口室等のため
に軸受を設けることができず回転子軸５にオーバーハン
グの形で支持されることになる。このため常に給排管４
の軸振れの問題にさらされる。軸振れはシール効果を損
なうことになり好ましくない。

この軸振れは給排管４が長い程起り易く、したがつてこ
れが短かい程よいわけであるが、上記従来装置ではシー
ル効果を高めようとすると第３のシールが長くなり、そ
れだけ給排管４を長くしなければならず、軸振れの危険
が増すことになるという欠点があつた。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為された
もので、第３のシール８３の第３の出口室６３側に位置
するシール８３ｂを短いシール長さで充分な効果の得ら
れるシールに代えることにより、密封液の第３の出口室
６３への漏れ量が少なく、コンパクトで、軸振動の小さ
い冷却液導出入装置を提供することを目的としている。

以下、この発明の実施例を図にもとずいて説明する。

第３図は、第３のシールの改良例の拡大図を示す。８３
１ａは密封液（純水）の供給孔であり、ここから第２の
出口室６２のしやへい気体より僅かに圧力の高い密封液
が供給される。

８３１ｂは第２の出口室６２への密封液の漏れ込みを抑
えるためのラビリンスシールである。

この漏液は、第２の出口室６２がしやへい気体で満たさ
れており大気に汚染されないからそのまま再循環できる
ので、多少の漏れは許容でき、更に密封液としやへい気
体の圧力差が小さい等の理由から８３１ｂには構造簡単
で信頼性の高いラビリンスシールが採用されている。

４ｂは給排管４の外周に回転方向逆向きに設けられたね
じ静止面８３２ａと対向しており、回転中にそのポンプ
効果により、密封液が第３の出口室６３へ漏れ込むのを
防止する。

８３３ｂは給排管４の外周を包囲する環状のゴムで、そ
の外周面側に開口して圧縮気体を送給するように構成さ
れて上記環状のゴムの保持部材に取り付けられている供
気管８３３ａから圧縮気体を供給することにより、環状
のゴム８３３ｂを給排管外周面に圧着したりあるいは給
排管に微小な間隙を保つて対向したりし得る。

以上述べた本発明のシールでは、静止中には環ノ状のコ
ム８３３ｂを給排管外周面に圧着することにより密封液
の第３の出口室６３への漏れを防止し、ねじシールのポ
ンプ効果の乏しい低速回転中には環状のゴム８３３ｂと
給排管外周面の間隙を微小に保つて第３密封液の第３の
出口室６３への）漏れを抑え、高速回転中にはねじ４ｂ
と静止面８３２ａのポンプ効果により密封液の第３の出
口室６３への漏れを抑える。即ち停止中から高速回転の
全ての範囲で密封液の第３の出口室６３への漏れを極め
て少ない量にフ抑えることができる。

更に、本発明のシールは非接触型であり、又回転面と静
止面の軸方向位置関係にある程度の自由度があるため、
給排管の振動や軸方向熱伸びの影響を余り受けない点も
、大きな長所である。

以上のようにして、本発明によれば、密封液が大気に充
満された室へ漏れ込むのを抑えるシールとしてねじポン
プ効果によるシールとすき間が可変な環状のゴムによる
シールの組合せを用いたので短いシール長さで密封液の
漏れを少なく抑えることができ、更に給排管長さが短縮
できるので軸振動を減少させることができるという効果
がある。上記実施例では給排管の回転が停止した時に密
封液の漏出を防止する手段としてコム環８３３ｂを挙げ
たが、ゴム環に代えて伸縮性のある合成樹脂を用いて同
様の作用をさせることができる。

なお上記実施例でではこの発明を出力室が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
場合にあつても同様に適用し得るものである。即ち第４
図において６１２は第１図における出口室６１，６２を
一体にした上流側出口室、７１２はこの上流側出口室６
１２に連通する出口管、９は第１図を同様の供気管であ
り、上流側出口室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供給して上流側出口室
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。即ち第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７
１２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。また上記実施例ては冷却液として純
水を用いる場合を示したが、各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つてもよいこ
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各種の回転電
機に適用し得ることはいうまでない。

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
８１，８２としてラビリンスシールを用いるものとした
が、メカニカルシールなどその他の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■−■線における断面図、第３図は本発明は一実
施例図、第４図はこの発明の他の適用例を説明するため
のものである。 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はその開口部、
２ｂは流入路、２ｃは突出片、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、４ｂはその外周面に回転方向逆向に加工された
ねじ、５は回転子軸で、５ａはそのフランジ、５ａは流
入路、５ｃは流出路、６１，６１２は上流側出口室、６
２は中間出口室、６３は下流側出口室、７１，７２，７
３，７１２は出口管、８１，８２，８３，８４，８３１
ｂはラビリンスシール、９，８３３ａは供気管、８３ａ
，８３１ａは密封液供給管、８３２ａは静止面、８３３
ｂはゴム環をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転電機の回転子軸に結合された該回転子軸に冷却
   液を導入導出する給排管、この給排管の外周に間隙をお
   いて設けられて上記給排管から放出された冷却液を受け
   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
   れた上流側出口室、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と共に大気
   に通じている下流側出口室、この下流側出口室の上流側
   出口室側の端部の上記間隙に密封液を供給する供給孔、
   上記密封液を上記上流側出口室方向に加圧するように上
   記給排管の外周に設けられたネジ、および上記給排管の
   外周を包囲して設けられて上記給排管の回転が停止した
   ときに上記給排管に密着して上記密封液の下流側出口室
   への漏れを防止する伸縮部材を備えた液冷回転子形回転
   電機の冷却液導出入装置。