(57)【要約】【課題】冷却用の水素ガスの漏洩および圧力低下を抑制することができ、回転電機の運転効率を向上させることができる回転電機の軸封装置および回転電機を提供する。【解決手段】軸封装置は、機内に封入された冷却媒体１３を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフト１４の外周に設けられている。この軸封装置は、シャフト１４の外周に設けられ、このシャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、シールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えている。シールリング１６の内周面の断面は楕円形状となっている。【選択図】図１
2008301575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、内周面の断面が楕円形状となっているシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項２】
前記シールリングの内周面の断面における楕円形状について、当該シールリングのうち周方向において回転電機の運転時にシールリングの温度が相対的に高くなるべき位置を前記楕円形状における長軸の端部位置とし、
前記シールリングと前記シャフトとの間に形成される隙間は、短軸位置における間隔に対する長軸位置における間隔の比が１．２以上３．０以下の範囲内となっていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の軸封装置。
【請求項３】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングであって、当該シールリングのうち周方向における回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に係る外周面に切り欠きが形成されたシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項４】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、当該シャフトの周方向に沿って上半分シールリング部分と下半分シールリング部分とに分割されたシールリングであって、前記上半分シールリング部分と前記下半分シールリング部分との連結部分が当該シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に配設されるようなシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項５】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、当該シャフトの軸方向に沿って互いに離間するよう第１のシールリング部分と第２のシールリング部分とに分割されたシールリングと、
前記シールリングにおける前記第１のシールリング部分と前記第２のシールリング部分との間に形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップであって、前記シールリングの周方向位置によりその間隔が異なるような軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項６】
前記軸方向ギャップは、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所の間隔が他の箇所の間隔よりも大きくなっていることを特徴とする請求項５記載の回転電機の軸封装置。
【請求項７】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
前記シールリングを前記シャフトに向かって押圧するために前記シールリングの外周面上に設けられたスプリングであって、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に低くなるべき箇所の近傍において伸縮可能なメッシュを内部に有するスプリングと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項８】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
前記シールケーシングの外部からシール油を内部に供給するために当該シールケーシングに設けられた給油部であって、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所から最も近い位置に一または複数配設された給油部と、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項９】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
を備え、
前記シールリングの半径方向における外方領域および内方領域に両端がそれぞれ連通する貫通孔が当該シールリングに形成されていることを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項１０】
前記シールリングの貫通孔は、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることを特徴とする請求項９記載の回転電機の軸封装置。
【請求項１１】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
前記シールリングの外周面に取り付けられたフィンと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項１２】
機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、
前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、
前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、
前記シールリングを収納するシールケーシングと、
前記シールリングの外周面をスリット状に加工することにより形成されたフィンと、
を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置。
【請求項１３】
前記フィンは、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることを特徴とする請求項１１または１２記載の回転電機の軸封装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載された軸封装置を備えたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガス等を冷却媒体とする回転電機の軸封装置、およびこの軸封装置を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば水素冷却発電機は、機内に水素ガスを封入し、この封入された水素ガスにより発電機の回転子および固定子の冷却を行っている。冷却媒体として水素ガスを用いるのは、空気よりも比重が小さくかつ比熱が大きいためである。この水素冷却発電機では、水素ガスを機内で密封加圧して循環させることにより、高効率の運転が可能となる。このため、大容量タービン発電機の多くはこの方法が採用されている。このようなタービン発電機では、機内の水素ガスが機外へ漏洩しないように、軸封装置をタービン発電機の端部に設置している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来の軸封装置について図面を参照して説明する。
図１４は、従来の水素冷却型回転電機に用いられている機内冷却用水素ガスを密封させるための軸封装置の近傍における回転電機の端部の断面図である。ステータフレーム端板１１を支持するエンドブラケット１２等により包囲された水素ガス１３が、回転電機の運転により回転するシャフト１４の外面にある隙間から漏洩しないように、シールケーシング１５およびシールリング１６からなる軸封装置を設置して、この軸封装置により封止を行う。
【０００４】
図１５は、上記軸封装置を構成するシールケーシング１５およびシールリング１６の構成の詳細を示した拡大図である。また、図１６は、図１５の軸封装置のＥ−Ｅ矢視による展開図である。図１５および図１６に示すように、シールリング１６は、通常、シャフト１４の軸方向に分割された２つのシールリング部分１６Ａ，１６Ｂから構成されている。（ここでは、機外側を第１のシールリング部分１６Ａ、機内側を第２のシールリング部分１６Ｂとする）。また、シールリング部分１６Ａ，１６Ｂの各々の内径が回転電機のシャフト１４の外径よりもわずかに大きくなるよう、当該シールリング部分１６Ａ，１６Ｂは各々加工されている。シールケーシング１５側からは水素冷却ガスよりもわずかに大きな圧力でシール油１７が供給される。このシール油１７は、シールリング１６Ａ，１６Ｂ間に形成された軸方向ギャップ１８を介して、シールリング１６とシャフト１４との間に形成された微小隙間１９に供給される。そして、この微小隙間１９で油膜が形成されることにより、機内の水素ガス１３の機外漏洩を防止している。ここで、スプリング２０はシールリング１６をシャフト１４側へ押圧し、シャフト１４とシールリング１６との間の微小隙間１９の間隔を調整するようになっている。
【０００５】
図１７は、図１５の軸封装置のＦ−Ｆ矢視断面図である。図１７に示すように、シールリング１６は、回転軸であるシャフト１４に対して、周方向に上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとに分割されている。また、スプリング２０は、シールリング１６に設けられたネジ２１により当該シールリング１６に固定されている。このスプリング２０は、第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間の合わせ目に沿って円環状に配置され、最適な押圧によりシャフト１４とシールリング１６との間に微小隙間１９を形成する。この微小隙間１９の間隔の調整により最適油量のシール油が供給される。
【特許文献１】特開２００３−２２２２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、回転電機の運転に伴い、微小隙間１９内のシール油１７は、回転するシャフト１４との摩擦により発熱し、この発熱がシールリング１６に伝達される。上述のようにシール油１７はシールリング１６の外方領域より供給されるので、回転電機の運転中のシールリング１６は、相対的にその内径側が高温で外径側が低温となるような温度分布を有することとなる。シールリング１６は周方向に分割されており、上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとが締結ボルト２２で固定されていることにより、シールリング１６の合わせ目の方向に剛性が弱くなっている。このため、上述のようにシールリング１６の内径側と外径側とで温度が異なると、シールリング１６の熱膨張の差により、図１７の矢印４１で示す方向にシールリング１６の熱変形が生じ、最終的に水平方向につぶれたような楕円形状に変形してしまう。
【０００７】
また、図１８は、回転電機の定格定常運転時における、シールリング１６内部の内径側位置で、シャフト１４の近傍部（内径から一定深さ外径側に入った位置）の周方向温度分布を測定した結果を示すグラフである。従来の経験により、シールリング１６の上下の位置（図１７の周方向における９０°近傍と２７０°近傍）において温度が相対的に高くなることが知られている。
【０００８】
このようにシールリング１６が変形した場合、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔を維持することができず、シール油１７の供給量が増加するだけでなく、冷却用水素ガス１３の漏洩および圧力低下が発生することとなり、回転電機の効率低下を招くという問題がある。
【０００９】
特許文献１には、回転電機の運転状態におけるシールリング１６の熱変形を防止する目的で、実施例においてシールリング１６の外周面に周方向全体にわたって幅の狭い複数のスリット状の切り欠きを設けることが開示されている。しかしながら、図１８に示すような、従来の回転電機の軸封装置におけるシールリング１６の周方向温度分布が考慮されていないため、上記切り欠きを用いてもシールリング１６の熱変形防止効果が小さいという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、回転電機が運転状態にある場合において、シールリングの熱変形を効率よく防止し、シールリングとシャフトとの間の微小隙間の間隔および形状を適正に保つことができ、このためシール油の油量が増大することを防止することができ、また、冷却用の水素ガスの漏洩および圧力低下を抑制することができるので、回転電機の運転効率を向上させることができる回転電機の軸封装置および回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、内周面の断面が楕円形状となっているシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１２】
このような回転電機の軸封装置においては、前記シールリングの内周面の断面における楕円形状について、当該シールリングのうち周方向において回転電機の運転時にシールリングの温度が相対的に高くなるべき位置を前記楕円形状における長軸の端部位置とし、前記シールリングと前記シャフトとの間に形成される隙間は、短軸位置における間隔に対する長軸位置における間隔の比が１．２以上３．０以下の範囲内となっていることが好ましい。
【００１３】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングであって、当該シールリングのうち周方向における回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に係る外周面に切り欠きが形成されたシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１４】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、当該シャフトの周方向に沿って上半分シールリング部分と下半分シールリング部分とに分割されたシールリングであって、前記上半分シールリング部分と前記下半分シールリング部分との連結部分が当該シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に配設されるようなシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１５】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有し、当該シャフトの軸方向に沿って互いに離間するよう第１のシールリング部分と第２のシールリング部分とに分割されたシールリングと、前記シールリングにおける前記第１のシールリング部分と第２のシールリング部分との間に形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップであって、前記シールリングの周方向位置によりその間隔が異なるような軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１６】
本発明の回転電機の軸封装置においては、前記軸方向ギャップは、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所の間隔が他の箇所の間隔よりも大きくなっていることが好ましい。
【００１７】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、前記シールリングを前記シャフトに向かって押圧するために前記シールリングの外周面上に設けられたスプリングであって、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に低くなるべき箇所の近傍において伸縮可能なメッシュを内部に有するスプリングと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１８】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、前記シールケーシングの外部からシール油を内部に供給するために当該シールケーシングに設けられた給油部であって、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所から最も近い位置に一または複数配設された給油部と、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００１９】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、を備え、前記シールリングの半径方向における外方領域および内方領域に両端がそれぞれ連通する貫通孔が当該シールリングに形成されていることを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００２０】
このような回転電機の軸封装置においては、前記シールリングの貫通孔は、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることが好ましい。
【００２１】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、前記シールリングの外周面に取り付けられたフィンと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００２２】
本発明は、機内に封入された冷却媒体を循環させて冷却を行うような回転電機のシャフトの外周に設けられた軸封装置であって、前記シャフトの外周に設けられ、このシャフトの外径よりも大きな内径を有するシールリングと、前記シールリングに形成されシール油を前記シャフトに供給するための軸方向ギャップと、前記シールリングを収納するシールケーシングと、前記シールリングの外周面をスリット状に加工することにより形成されたフィンと、を備えたことを特徴とする回転電機の軸封装置である。
【００２３】
このような回転電機の軸封装置においては、前記フィンは、前記シールリングのうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることが好ましい。
【００２４】
本発明は、上述の軸封装置を備えたことを特徴とする回転電機である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の回転電機の軸封装置および回転電機によれば、冷却用の水素ガスの漏洩および圧力低下を抑制することができ、回転電機の運転効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。なお、この実施の形態において図１４乃至図１６に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有し、内周面の断面が楕円形状となっているシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えている。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００２８】
回転電機が運転されると、シールリング１６の内径側と外径側とに温度差が生じ、シールリング１６においてその温度分布に基づいて図１７の矢印４１に示すような熱変形が生じる。ここで、図１に示すように、シールリング１６の内周面の断面を楕円形状にし、当該シールリング１６の周方向で相対的に温度が高い位置（周方向における９０°および２７０°の位置）を楕円の長軸に、相対的に温度が低い締結ボルト２２近傍の位置（周方向における０°および１８０°の位置）を楕円の短軸に、予め加工しておけば、熱変形が生じるとシールリング１６の内周面は楕円形状から真円形状に近づく。シールリング１６の内周面が真円形状に近づけば、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は、周方向位置によらずほぼ一定であるような適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００２９】
とりわけ、図１８に示すようなシールリング１６の周方向温度分布を予め把握しておけば、シールリング１６の熱変形量を予測することができ、回転電機の運転時にシールリング１６の内周面が真円になるように、シールリング１６の内周面の断面の楕円形状を最適なものに設定することができる。具体的には、シールリング１６とシャフト１４との間に形成される微小隙間１９は、短軸位置（図１における０°および１８０°の位置）における間隔に対する長軸位置（図１における９０°および２７０°の位置）における間隔の比が１．２以上３．０以下の範囲内となっていることが好ましい。
【００３０】
第２の実施の形態
以下、本発明の第２の実施の形態について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。なお、この実施の形態において図１４乃至図１６に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６であって、当該シールリング１６のうち周方向における回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に係る外周面に切り欠き５１が形成されたシールリング１６と、シールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えている。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００３２】
回転電機が運転されると、シールリング１６の内径側と外径側とに温度差が生じ、シールリング１６においてその温度分布に基づいて図１７の矢印４１に示すような熱変形が生じる。ここで、図２に示すように、シールリング１６のうち周方向における回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置（周方向における９０°および２７０°の位置）に係る外周面に切り欠き５１が形成されているので、シールリング１６の外周側部分における周方向の熱変形に伴う膨張はこの切り欠き５１で吸収され、実質的にシールリング１６の外周側の熱変形は発生しない。このことにより、シールリング１６の内周および外周の熱変形の差が極めて小さくなり、シールリング１６の形状を変化させるような力が作用することがなくなる。このため、回転電機が運転状態である場合においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００３３】
第３の実施の形態
以下、本発明の第３の実施の形態について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。なお、この実施の形態において図１４乃至図１６に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有し、当該シャフト１４の周方向に沿って上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとに分割されたシールリング１６であって、上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとの連結部分（締結ボルト２２）が当該シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき位置に配設されるようなシールリング１６と、シールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えている。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００３５】
従来の軸封装置では、シールリング１６が図１７に示すような配置のときに、図１８に示すようなシールリング１６の周方向温度分布が形成される。そして、シールリング１６における上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとの連結部分（締結ボルト２２）は、シールリング１６の合わせ目の方向に剛性が弱いため、上記のようなシールリング１６の温度分布では当該シールリング１６に図１７の矢印４１に示すような熱変形が発生する。すなわち、従来の軸封装置では、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が低くなるシールリング１６の位置（周方向における０°および１８０°の位置）に、上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとの連結部分が配置されていることにより、シールリング１６に図１７の矢印４１で示すような熱変形が発生する。
【００３６】
このため、図３に示すように連結部分の位置を変更することにより、すなわち図１８において周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の位置（周方向における９０°および２７０°の位置）に、上半分シールリング部分１６ａと下半分シールリング部分１６ｂとの連結部分を配置させれば、図１８に示すようなシールリング１６の周方向温度分布が生じた場合であっても、図１７の矢印４１に示すシールリング１６の熱変形は抑制されることとなる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００３７】
第４の実施の形態
以下、本発明の第４の実施の形態について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す図であって、軸封装置のシールケーシングの内部においてシールリングをシャフト方向に向かって見た展開図である。なお、この実施の形態において図１４および図１５に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３８】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有し、当該シャフト１４の軸方向に沿って互いに離間するよう第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとに分割されたシールリング１６と、このシールリング１６における第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８であって、シールリング１６の周方向位置によりその間隔が異なるような軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えている。とりわけ、軸方向ギャップ１８は、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所の間隔が他の箇所の間隔よりも大きくなっていることが好ましい。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００３９】
シール油１７は、シールリング１６の外方領域から流入し、第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間にある軸方向ギャップ１８を介して、シールリング１６とシャフト１４との間に形成される微小隙間１９に供給され、ここで油膜が形成される。回転電機の運転に伴い、微小隙間１９内のシール油１７は、回転するシャフト１４との摩擦により発熱し、この発熱がシールリング１６に伝わる。上述のようにシール油１７はシールリング１６の外方領域から供給されるので、軸方向ギャップ１８に流入してくるシール油１７は微小隙間１９内のシール油１７よりも温度が低い。
【００４０】
ここで、シール油１７は、軸方向ギャップ１８を通過する際に、通常幅部分１８ｂと比較して流体抵抗が小さい幅広部分１８ａへ多く流入することとなる。よって、幅広部分１８ａを、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の位置（周方向における９０°および２７０°の位置）に配置しておけば、低温のシール油１７を、上記の相対的に温度が高いシールリング１６の部位へ多く供給することができ、よく冷却できることとなる。このため、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の熱変形を抑制することができる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００４１】
第５の実施の形態
以下、本発明の第５の実施の形態について、図５および図６を参照して説明する。図５は、本実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシング１５およびシールリング１６の構成の詳細を示した拡大図であり、図６は、図５の軸封装置のＡ−Ａ矢視による展開図である。なお、この実施の形態において図１４に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４２】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、シールリング１６をシャフト１４に向かって押圧するためにシールリング１６の外周面上に設けられたスプリング２０であって、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に低くなるべき箇所の近傍において伸縮可能なメッシュ７１を内部に有するスプリング２０と、を備えている。ここで、メッシュ７１を伸縮可能としているのは、スプリング２０の伸縮に対応させるためである。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００４３】
シール油１７は、シールリング１６の外方領域から流入し、第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間にある軸方向ギャップ１８を介して、シールリング１６とシャフト１４との間に形成される微小隙間１９に供給され、ここで油膜が形成される。回転電機の運転に伴い、微小隙間１９内のシール油１７は、回転するシャフト１４との摩擦により発熱し、この発熱がシールリング１６に伝わる。上述のようにシール油１７はシールリング１６の外方領域から供給されるので、軸方向ギャップ１８に流入してくるシール油１７は微小隙間１９内のシール油１７よりも温度が低い。
【００４４】
ここで、シール油１７は、軸方向ギャップ１８を通過する際に、メッシュ７１が配置された箇所は流体抵抗が大きいため、メッシュ７１が配置されていない箇所にシール油１７が多く流入することとなる。よって、メッシュ７１を、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が低くなるシールリング１６の位置に配置しておけば、低温のシール油１７を、相対的に温度が高いシールリング１６の部位へ多く供給することができ、よく冷却できることとなる。このため、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の熱変形を抑制することができる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００４５】
第６の実施の形態
以下、本発明の第６の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、本実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。なお、この実施の形態において図１４乃至図１６に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、シールケーシング１５の外部からシール油を内部に供給するために当該シールケーシング１５に設けられた給油孔（給油部）３１であって、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所から最も近い位置に一または複数配設された給油孔３１と、を備えている。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００４７】
図１７に示すように、従来の軸封装置では概ね下４５°の位置（周方向における２２５°の位置）に給油孔３１が配置されている。本実施の形態では、図７に示すように、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなる位置（周方向における９０°および２７０°の位置）で例えば２カ所に給油孔３１を設置している。このことにより、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなる位置に、給油孔３１から供給される低温のシール油１７が直接的に流入し、よく冷却されることとなる。このため、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の熱変形を抑制することができる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００４８】
第７の実施の形態
以下、本発明の第７の実施の形態について、図８および図９を参照して説明する。図８は、本実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシング１５およびシールリング１６の構成の詳細を示した拡大図であり、図９は、図８の軸封装置のＢ−Ｂ矢視による展開図である。なお、この実施の形態において図１４に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、を備えており、シールリング１６の半径方向における外方領域および内方領域に両端がそれぞれ連通する貫通孔８１が当該シールリング１６に設けられている。とりわけ、シールリング１６の貫通孔８１は、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることが好ましい。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００５０】
シール油１７は、シールリング１６の外方領域から流入し、第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間にある軸方向ギャップ１８を介して、シールリング１６とシャフト１４との間に形成される微小隙間１９に供給され、ここで油膜が形成される。回転電機の運転に伴い、微小隙間１９内のシール油１７は、回転するシャフト１４との摩擦により発熱し、この発熱がシールリング１６に伝わる。上述のようにシール油１７はシールリング１６の外方領域から供給されるので、軸方向ギャップ１８に流入してくるシール油１７は微小隙間１９内のシール油１７よりも温度が低い。
【００５１】
ここで、本実施の形態においては、図８および図９に示すように、シール用の軸方向ギャップ１８の他に、冷却用の貫通孔８１を設けている。低温のシール油１７がこの貫通孔８１を通過することにより、回転電機の運転に伴い温度が高くなっているシールリング１６を冷却する。さらに、この貫通孔８１を、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の位置（周方向における９０°および２７０°の位置）に配置しておけば、低温のシール油１７が周方向位置で相対的に温度の高いシールリング１６の部位へ供給され、よく冷却されることとなる。このため、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の熱変形を抑制することができる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００５２】
第８の実施の形態
以下、本発明の第８の実施の形態について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０は、本実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシング１５およびシールリング１６の構成の詳細を示した拡大図であり、図１１は、図１０の軸封装置のＣ−Ｃ矢視による展開図である。なお、この実施の形態において図１４に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、シールリング１６の外周面に取り付けられたフィン９２と、を備えている。とりわけ、フィン９２は、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることが好ましい。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００５４】
シール油１７は、シールリング１６の外方領域から流入し、第１のシールリング部分１６Ａと第２のシールリング部分１６Ｂとの間にある軸方向ギャップ１８を介して、シールリング１６とシャフト１４との間に形成される微小隙間１９に供給され、ここで油膜が形成される。回転電機の運転に伴い、微小隙間１９内のシール油１７は、回転するシャフト１４との摩擦により発熱し、この発熱がシールリング１６に伝わる。上述のようにシール油１７はシールリング１６の外方領域から供給されるので、軸方向ギャップ１８に流入してくるシール油１７は微小隙間１９内のシール油１７よりも温度が低い。
【００５５】
本実施の形態においては、図１０および図１１に示すように、冷却用フィン９２が、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の位置（周方向における９０°および２７０°の位置）において、締結ボルト９３により当該シールリング１６の外周面に取り付けられている。よって、冷却用フィン９２の近傍のシールリング１６は、このシールリング１６の外方領域から供給されるシール油１７により、よく冷却されることとなる。このため、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の熱変形を抑制することができる。したがって、回転電機の運転状態においても、シールリング１６とシャフト１４との間の微小隙間１９は適正な間隔および形状を保つことができ、シール油１７の油量が増大することがなくなり、また、水素ガス１３の漏洩が少なくなり、圧力低下も抑制することができる。
【００５６】
第９の実施の形態
以下、本発明の第９の実施の形態について、図１２および図１３を参照して説明する。図１２は、本実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシング１５およびシールリング１６の構成の詳細を示した拡大図であり、図１３は、図１２の軸封装置のＤ−Ｄ矢視による展開図である。なお、この実施の形態において図１４に示す回転電機およびその軸封装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施の形態の回転電機の軸封装置は、シャフト１４の外径よりも大きな内径を有するシールリング１６と、このシールリング１６に形成されシール油をシャフト１４に供給するための軸方向ギャップ１８と、シールリング１６を収納するシールケーシング１５と、シールリング１６の外周面をスリット状に加工することにより形成されたフィン９１と、を備えている。とりわけ、フィン９１は、シールリング１６のうち周方向において回転電機の運転時に温度が相対的に高くなるべき箇所に設けられていることが好ましい。以下、このような回転電機の軸封装置について詳述する。
【００５８】
本実施の形態においては、図１２および図１３に示すように、シールリング１６の外周面に冷却用のフィンを形成するためにシールリング１６の外周面をスリット状に加工し、この冷却用スリットを、回転電機の運転時に周方向位置で相対的に温度が高くなるシールリング１６の位置（周方向における９０°および２７０°の位置）に配置している。このようなシールリング１６の外周面をスリット状に加工して冷却用フィンを形成する方法は、第８の実施の形態で示したような冷却用フィン９２を追加で取り付ける方法よりも、加工容易性において優位である。本実施の形態のフィン９１による作用効果は、第８の実施の形態で示したフィン９２の作用効果と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。
【図２】第２の実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。
【図３】第３の実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。
【図４】第４の実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す図であって、軸封装置のシールケーシングの内部においてシールリングをシャフト方向に向かって見た展開図である。
【図５】第５の実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシングおよびシールリングの構成の詳細を示した拡大図である。
【図６】図５の軸封装置のＡ−Ａ矢視による展開図である。
【図７】第６の実施の形態における回転電機の軸封装置の構成を示す断面図である。
【図８】第７の実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシングおよびシールリングの構成の詳細を示した拡大図である。
【図９】図８の軸封装置のＢ−Ｂ矢視による展開図である。
【図１０】第８の実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシングおよびシールリングの構成の詳細を示した拡大図である。
【図１１】図１０の軸封装置のＣ−Ｃ矢視による展開図である。
【図１２】第９の実施の形態の軸封装置を構成するシールケーシングおよびシールリングの構成の詳細を示した拡大図である。
【図１３】図１２の軸封装置のＤ−Ｄ矢視による展開図である。
【図１４】従来の水素冷却型回転電機に用いられている機内冷却用水素ガスを密封させるための軸封装置近傍における回転電機の端部の断面図である。
【図１５】図１４に示す軸封装置を構成するシールケーシングおよびシールリングの構成の詳細を示した拡大図である。
【図１６】図１５の軸封装置のＥ−Ｅ矢視による展開図である。
【図１７】図１５の軸封装置のＦ−Ｆ矢視断面図である。
【図１８】回転電機の定格定常運転時における、シールリング内部の内径側位置で、シャフトの近傍部（内径から一定深さ外径側に入った位置）の周方向温度分布を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１１    ステータフレーム端板
１２    エンドブラケット
１３    水素ガス
１４    シャフト
１５    シールケーシング
１６    シールリング
１６Ａ  第１のシールリング部分
１６Ｂ  第２のシールリング部分
１６ａ  上半分シールリング部分
１６ｂ  下半分シールリング部分
１７    シール油
１８    軸方向ギャップ
１８ａ  幅広部分
１８ｂ  通常幅部分
１９    微小隙間
２０    スプリング
２１    ネジ
２２    締結ボルト
３１    給油孔
４１    熱変形を示す矢印
５１    切り欠き
７１    メッシュ
８１    貫通孔
９１    フィン
９２    フィン
９３    締結ボルト
【図１】
2008301575.tif 000003
【図２】
2008301575.tif 000004
【図３】
2008301575.tif 000005
【図４】
2008301575.tif 000006
【図５】
2008301575.tif 000007
【図６】
2008301575.tif 000008
【図７】
2008301575.tif 000009
【図８】
2008301575.tif 000010
【図９】
2008301575.tif 000011
【図１０】
2008301575.tif 000012
【図１１】
2008301575.tif 000013
【図１２】
2008301575.tif 000014
【図１３】
2008301575.tif 000015
【図１４】
2008301575.tif 000016
【図１５】
2008301575.tif 000017
【図１６】
2008301575.tif 000018
【図１７】
2008301575.tif 000019
【図１８】
2008301575.tif 000020