(57)【要約】【課題】従来の立軸の回転電機、例えば水車発電機においては、上部案内軸受を支持するためのブラケットは外周部にアーム形状の防振ステーを備え、防振ステーはコンクリート風道基礎に固定する構造としていたため、防振ステーの熱変形によりコンクリート基礎には過大な半径方向荷重が作用することから、コンクリートの厚みを増すなど、コストアップ要因となっていた。【解決手段】立軸に設けられた回転軸２の上部を支承する案内軸受４と、この案内軸受を保持するブラケット５のまわりに固定されて放射状に配設された複数の防振ステー６と、これら防振ステーの周りを囲繞するように設けられ該防振ステーを支持する基礎部７と、この基礎部及び上記防振ステーの放射方向先端部の間に設けられ上記防振ステーから伝わる径方向の熱変形を吸収し振動荷重を伝達することができる減衰装置８とを備えるように構成した。【選択図】図１
2005269751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立軸に設けられた回転軸の上部を支承する案内軸受と、この案内軸受を保持するブラケットのまわりに固定されて放射状に配設された複数の防振ステーと、これら防振ステーの周りを囲繞するように設けられ該防振ステーを支持する基礎部と、この基礎部及び上記防振ステーの放射方向先端部の間に設けられ上記防振ステーから伝わる径方向の熱変形を吸収し振動荷重を伝達することができる減衰装置とを備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記防振ステーと基礎部との間に径方向に設けられた、上記防振ステーの熱による径方向の伸縮をガイドする径方向伸縮ガイド部材を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
上記減衰装置は、減衰定数を変更し得る調節部材を備えてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
温度センサと、この温度センサの検知信号に応じて上記調節部材を制御するコントローラとを備えたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
上記減衰装置は、上記基礎部に対向する面が球面状に形成され、該基礎部は該減衰装置に対向する面が同一径の球面状に形成され、これら球面状の部分を互に当接させて固定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば水力発電所に用いられる立軸の発電機又は発電電動機などとして好ましく用いることができる回転電機に関し、特に回転子の上部案内軸受を支持するブラケット支持構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の立軸の回転電機、例えば水車発電機においては、上部案内軸受を支持するためのブラケットは外周部にアーム形状の防振ステーを備え、防振ステーはコンクリート風道基礎に固定する構造としたものがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９５５５号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回転電機におけるブラケット支持構造は上記のように構成されているので、風道内の温度変化により防振ステー及びブラケット胴部が膨張又は収縮することで、風道のコンクリート基礎には次式（１）で与えられる半径方向荷重ＦＲが作用する。
ＦＲ＝α×Ｌ×△Ｔ×Ｋ    ・・・・（１）
ここで、αは防振ステーの熱膨張係数、Ｌは防振ステーの長さ、△Ｔは上部ブラケット据付時からの温度変化、Ｋは防振ステーの引張圧縮に対するバネ定数を表わす。一般的に大容量の水車発電機の場合には、Ｌは３〜４ｍ、△Ｔは４０Ｋ程度にもなり、風道のコンクリート基礎に加わる半径方向荷重は防振ステー１個所当たりＦＲ＝１×１０７Ｎ以上に達することがある。このため、風道のコンクリート基礎の厚みを十分にとり、前述の半径方向荷重に対して風道が破壊することが無いように十分な強度が必要となることから、発電所の建設コストが増大するという問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、防振ステーの熱変形を減衰装置により吸収し、風道のコンクリート基礎に過大な荷重を加えることなく、かつ運転中に案内軸受を介して伝わる回転子の半径方向振動は伝達できるようにすることで、建設コストの増大を招くことのない回転電機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による回転電機は、立軸に設けられた回転軸の上部を支承する案内軸受と、この案内軸受を保持するブラケットのまわりに固定されて放射状に配設された複数の防振ステーと、これら防振ステーの周りを囲繞するように設けられ該防振ステーを支持する基礎部と、この基礎部及び上記防振ステーの放射方向先端部の間に設けられ上記防振ステーから伝わる径方向の熱変形を吸収し振動荷重を伝達することができる減衰装置とを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明においては、基礎部と防振ステーの放射方向先端部の間に減衰装置を配設したことにより、この減衰装置が、熱による伸縮を吸収し、回転子の回転運動による振動は伝達することができるので、基礎部に過大なストレスが加わることがなく、従って建設コストの増大を招くことのない回転電機が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１及び図２に基づいて説明する。図において、回転電機の回転軸２と一体的に構成された回転子１は、下方部に設けられたスラスト軸受３に支持され、図示を省略している水車に連結されて回転中心Ｏのまわりに回転する。回転軸２の上部は回転子１を半径方向に支持するための案内軸受４によって支持されている。この案内軸受４は潤滑に必要な潤滑油の保持を兼ねたブラケット５によって保持され、さらにブラケット５のまわりには放射状に伸びて設けられ、ブラケット５に作用する半径方向の荷重及びブラケット５の重量を基礎部７に伝達するための防振ステー６が固定されている。
【０００９】
基礎部７は、風道７１を形成するコンクリート基礎７２、及びコンクリート基礎７２に固定され、防振ステー６の先端部を支持する金属製のベース部材７３からなっている。８は防振ステー６の放射方向先端部と基礎部７を構成するベース部材７３との間に挿入された例えば油圧式の減衰装置であり、該減衰装置８は防振ステー６とベース部材７３に図示を省略しているボルト等の固定手段によって固定されている。
【００１０】
次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。回転電機の運転時には例えば水車発電機では水車からの駆動力により回転子１が回転する。このとき、回転子１には重量的なアンバランスや磁気的なアンバランスにより半径方向への振動荷重が発生する。この半径方向振動荷重は案内軸受４を介して、ブラケット５に伝わり、ブラケット５から防振ステー６を経て、基礎部７、即ちこの例ではベース部材７３及びコンクリート基礎７２に伝達される。このとき、案内軸受４からコンクリート基礎７２まで直列につながっている構造物全体の半径方向剛性が十分に高くないと、回転子１から発生する半径方向荷重により、ブラケット５及び回転子１に過大な振動が発生することになる。
【００１１】
このため、運転中の発電機振動を抑制するという目的からは、案内軸受４からコンクリート基礎７２までの構造物の剛性を高くとることが望ましいと言える。一方、発電機の風道７１内の空気温度は、季節や回転電機の運転条件等によって大きく変化する。回転電機の据付時温度からの空気温度変化に伴い、防振ステー６には熱変形が発生することから、運転中の発電機振動を抑制するために防振ステー６とコンクリート基礎７２を直接固定した場合には、防振ステー６の熱変形を吸収する部分が無くなり、過大な熱荷重が風道７１を形成するコンクリート基礎７２及びブラケット５に作用することになる。また、一方で防振ステー６の熱変形を吸収するために防振ステー６とコンクリート基礎７２との間に、例えば板バネ等を挿入した場合には、ブラケット全体の支持剛性が低下するため、運転中の発電機振動が問題となる。このように、発電機運転中と防振ステー６の熱伸びに対しては相反する性能がブラケットまわりの構造には要求される。
【００１２】
本発明の実施の形態１においては、防振ステー６とベース部材７３との間に減衰装置８が挿入されており、該減衰装置８の減衰定数をＣとすれば、減衰装置８に発生する反力Ｆは次式（２）で与えられる。
Ｆ＝Ｃ×Ｖ      ・・・・（２）
ここで、Ｖは防振ステー６の半径方向振動の速度であり、速度に比例した反力が発生することになる。上式（２）において、防振ステー６の熱伸びのように数時間で数ｍｍ程度変形するような遅い動きの場合には速度Ｖをほとんど０と見なすことができ、減衰装置８からの反力はほとんど発生しない。また一方で、回転電機運転中のＶ＝０．０１〜１ｍｍ／ｓ程度の速度を持つ振動荷重については、減衰定数Ｃに応じた反力が発生する。このように、防振ステー６とベース部材７３との間に減衰装置８を挿入したことで、荷重の種類により防振ステー６から基礎部７に伝達される荷重を調整することができる。
【００１３】
以上のように、この実施の形態１によれば、防振ステー６と基礎部７との間に減衰装置８を挿入したため、減衰装置８は速度の遅い熱変形時にはほとんど反力を発生せず、速度の速い運転時の半径方向荷重に対しては減衰定数Ｃに比例した反力を基礎部７に伝達することができることから、運転中の回転電機の振動を悪化させることなく、基礎部７に加わる半径方向荷重を低減することができる。このため、基礎部７に過大なストレスが加わることがなく、従って基礎部７の強度を特別強固なものに構成する必要はなく、建設コストの増大を招くことのない信頼性の高い回転電機が得られる。
【００１４】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図３〜図６に基づいて説明する。図において、ベース部材７３における防振ステー６を支持している部分の両脇に固定側ブロック９１が対称的に配設され、それぞれベース部材７３に溶接により固定されている。一方、防振ステー６における上記固定側ブロック９１との対向部には、一対の可動側ブロック９２が配設されそれぞれ防振ステー６に溶接により固定されている。これら固定側ブロック９１及び可動側ブロック９２は当接面Ｂで重ね合わされている。なお、発電機の据付時には、案内軸受４の中心が回転軸２の回転中心Ｏと一致するように、ブラケット５及び防振ステー６が据付けられる。
【００１５】
この状態で固定側ブロック９１及び可動側ブロック９２の当接面Ｂをほぼ中心とする回転子１の半径方向のラジアル穴９３を加工する。このラジアル穴９３は、正確に回転中心Ｏを向き放射状に加工され、ラジアル穴９３にノックピン９４が挿入される。ノックピン９４は複数の各防振ステー６と固定部７の間にそれぞれ２個ずつ設けられ、放射状に設置されている。なお、９は上記固定側ブロック９１、可動側ブロック９２及びノックピン９４によって構成された径方向伸縮ガイド部材である。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１６】
次に、上記のように構成された実施の形態２の動作について説明する。防振ステー６の熱変形は半径方向の熱伸びや収縮として発生するが、ノックピン９４は回転子１の半径方向に放射状に設けられているため、ノックピン９４はこれらの熱変形に対してガイドとして機能する。またノックピン９４は複数の防振ステー６にそれぞれ設けられ、放射状に設置されていることにより、案内軸受４の中心が移動するのを防止することができる。
【００１７】
上記のように、この実施の形態２によれば、上記実施の形態１の効果に加えて、防振ステー６と基礎部７との間に径方向伸縮ガイド部材９を設けたことにより、防振ステー６の熱伸縮が繰り返されても案内軸受４の中心位置を一定に保つことができるという効果が得られる。なお、上記説明では固定側ブロック９１及び可動側ブロック９２を設け、ノックピン９４をこれら２つのブロック９１、９２の当接面Ｂに設けた例を示したが、この方式に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１８】
実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。図７は減衰装置８の構成を模式的に示している。図に示すように、減衰装置８は、防振ステー６の先端部に固定されたピストン棒８１と、このピストン棒８１の先端部に固定されオリフィス８２ａを有する仕切り部材８２と、ベース部材７３に固定され仕切り部材８２を囲繞し、油などの高粘度流体８３を密封収容するケーシング８４と、ケーシング８４の内周面と仕切り部材８２の外周面との間に設けられたシール材８５と、仕切り部材８２の内部に設けられオリフィス８２ａの大きさを調整するための調節部材８６とから構成されており、調節部材８６の位置は減衰装置８の外側から調整できる構造となっている（詳細図示省略）。また、ケーシング８４内の高粘度流体８３は仕切り部材８２によって、部屋８７Ａと部屋８７Ｂに仕切られている。その他の構成は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００１９】
次に動作について説明する。防振ステー６が熱伸びした場合には、高粘度流体８３は、部屋８７Ｂから、オリフィス８２ａを介して、部屋８７Ａに流れる。シール材８５は、仕切り部材８２の外周部から高粘度流体８３の漏れを防止する。このとき、オリフィス８２ａの直径が小さいほど減衰定数Ｃは大きくなる。上記のように、この発明の実施の形態３によれば、仕切り部材８２のオリフィス８２ａの径を調整することにより、発電機据付後にも減衰定数を調整することが可能となり、発電機の振動状態を見ながら、最適な減衰定数を得ることが可能となる。
【００２０】
実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を図８及び図９に基づいて説明する。図において、減衰装置８は図７に示す上記実施の形態３と全く同様に構成されている。１０は風道７１内部の温度を計測するための温度センサ、１１は温度センサ１０からの出力により減衰装置８の調節部材８６の位置、即ちオリフィス８２ａの径を調節するためのコントローラである。その他の構成は上記実施の形態３と同様である。
【００２１】
減衰装置８は高粘度流体がオリフィス８２ａを通り抜けるときに発生する流体抵抗を利用した装置であり、高粘度流体の粘度が温度により変化することから、風道７１の温度Ｔにより減衰定数Ｃは例えば図９のように変化する。このため、風道７１内の温度が変化し、高粘度流体の粘度が変化すると減衰装置８の減衰定数Ｃが変化して発電機の振動特性が変化する。このため、風道７１内の温度Ｔを温度センサ１０で計測し、その温度データに応じて減衰装置８内部のオリフィス８２ａの径を調節部材８６によって調整することで、温度が変化しても一定の減衰定数が得られる。具体的には、温度が上昇すると用いた高粘度流体の粘度が低下して、オリフィス８２ａの径が同一の場合、図９に示すように減衰定数Ｃも低下するので、温度の上昇に応じてオリフィス８２ａの径を小さくして、減衰定数Ｃが一定となるようにコントローラ１１により制御される。
【００２２】
上記のように、この発明の実施の形態４によれば、上記実施の形態３の効果に加えて、風道７１内の温度Ｔに応じてコントローラ１１により減衰装置８の調節部材８６によって、オリフィス８２ａの径を調整するようにしたので、風道７１内の温度変化に対しても一定の減衰定数が得られ、発電機の振動特性を改善することができる。
【００２３】
実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を図１０に基づいて説明する。図において、減衰装置８を構成するケーシング８４は、基礎部７のベース部材７３に対向する面が凸状の球面８４ａに形成され、ベース部材７３は該減衰装置８に対向する面が同一径の凹状の球面７３ａに形成され、これら球面８４ａ、７３ａ相互を当接した状態で溶接部１２で固定されている。発電機据付時には防振ステー６及びベース部材７３には据付上の誤差が生じる。このため、減衰装置８と防振ステー６が垂直になるように減衰装置８の向きを調整して設定した後、ベース部材７３と減衰装置８を溶接することで、正確な位置で固定される。なお、その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態５では、ベース部材７３と減衰装置８の互いに接する面をそれぞれがはまり込む球面加工が施こされているため、据付に伴う誤差を球面部分で吸収することができる。防振ステー６と減衰装置８は確実に互いに垂直になるようにセッティングできるため、熱伸びの変位により減衰装置８に無理な荷重が作用することが無く、機器の信頼性を向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１による回転電機の要部を模式的に示す側面断面図。
【図２】図１の回転電機を模式的に示すを示す平面図。
【図３】この発明の実施の形態２による回転電機の要部を模式的に示す側面断面図。
【図４】図３の枠ＩＶで囲む径方向伸縮ガイド部材の近傍を詳細に示す一部破断側面断面図。
【図５】図４に示す径方向伸縮ガイド部材の近傍を示す平面図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線における矢視断面図。
【図７】この発明の実施の形態３による回転電機の要部を模式的に示す側面断面図。
【図８】この発明の実施の形態４による回転電機の要部を模式的に示す側面断面図。
【図９】図８に示す減衰装置の温度に対する減衰定数の変化を示す特性図。
【図１０】この発明の実施の形態５による回転電機の要部を模式的に示す側面断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１  回転子、  ２  回転軸、  ３  スラスト軸受、  ４  案内軸受、  ５  ブラケット、  ６  防振ステー、  ７  基礎部、  ７１  風道、  ７２  コンクリート基礎、  ７３  ベース部材、  ８  減衰装置、  ９  径方向伸縮ガイド部材、  ９１  固定側ブロック、  ９２  可動側ブロック、  ９３  ラジアル穴、  ９４  ノックピン、  ８１  ピストン棒、  ８２  仕切り部材、  ８２ａ  オリフィス、  ８３  高粘度流体、  ８４  ケーシング、  ８５  シール材、  ８６  調節部材、  ８７Ａ、８７Ｂ  部屋、  １０  温度センサ、  １１  コントローラ、  ７３ａ、８４ａ  球面、  １２  溶接部、  Ｏ  回転中心。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005269751.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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