(57)【要約】      （修正有）【課題】磁器シェルに加わる過剰な引張応力を軽減して耐用寿命を延ばすことができ、潜在的なガス漏れ経路を更に効果的に阻止できる、改良された高電圧ブッシングフランジを提供する。【解決手段】高電圧ブッシングアセンブリは、導電体を封入するように適合された絶縁シェル３８を含む。環状フランジ３６がこの絶縁シェル上に摺動可能に収容され、この環状スリーブは、上端部に半径方向外方に向けて配向されたフランジ５０を備え、下端部に半径方向内方に向けて配向されたフランジ５２を備え、これらのフランジどうしの間に軸方向に延在するスリーブ部分４８を備える。絶縁シェル３８の外径とスリーブ部分４８の内径は、この外径と内径との間に、ガラス繊維強化エポキシ樹脂６４で満たされる環状の半径方向の隙間６６が画成されるように寸法決めされる。【選択図】図２
2012059700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体（４０）を封入するように適合された絶縁シェル（３８）と、前記絶縁シェル上に摺動可能に収容された環状ブッシングフランジ（３６）とを含む、高電圧ブッシングフランジアセンブリであって、
前記環状ブッシングフランジ（３６）は、上端部には半径方向外方に向けて配向されたフランジ（５０）を備え、下端部には半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）を備え、前記フランジどうしの間には軸方向に延在するスリーブ部分（４８）を備え、
前記絶縁シェル（３８）の外径と前記スリーブ部分（４８）の内径は、前記絶縁シェルと前記スリーブ部分との間に環状の半径方向の隙間（６６）が画成されるように寸法決めされ、該半径方向の隙間（６６）は、半径方向内方に向けて配向された前記フランジ（５２）により軸方向に支持されたガラス繊維強化エポキシ樹脂（６４）で満たされている、高電圧ブッシングフランジアセンブリ。
【請求項２】
前記絶縁シェル（３８）は、前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）に隣接して該フランジの上方に配置された少なくとも１つの環状リブ部（５６）を含んで形成され、
環状シール（５８）が、前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）と前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）との間で軸方向に圧縮される、請求項１に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項３】
前記絶縁シェル（３８）は、該絶縁シェルの下端部が前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）で終端する拡径部分（４４）を有する、請求項２に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項４】
前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）に隣接して該フランジの上方に配置された前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）は、前記環状シール上に狭まった半径方向の隙間（６２）を画成する、請求項２に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項５】
前記ガラス繊維強化エポキシ樹脂（６４）は、表■に記載の材料特性を有する、請求項
１に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項６】
前記ブッシングフランジ（６７）の内径は、前記スリーブ部分（６８）の長手方向に沿って変動する、請求項１に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項７】
前記内径は、前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（７６）へと向かう方向に減少する、請求項６に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項８】
前記絶縁シェル（８２）は、前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（７６）に隣接して該フランジの上方に配置される少なくとも１つの環状リブ部（５６）を含んで形成され、
環状シール（５８）が前記少なくとも１つの環状リブ部と前記半径方向内方に向けて配向されたフランジとの間で軸方向に圧縮される、請求項６に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項９】
前記絶縁シェル（８２）は、該絶縁シェルの下端部が前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）で終端する拡径部分を有する、請求項８に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項１０】
前記半径方向内方に向けて配向されたフランジに隣接して該フランジの上方に配置される前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）は、前記環状シールの上に狭まった半径方向の隙間（６２）を画成する、請求項８に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項１１】
前記半径方向外方に向けて配向されたフランジ（５０）は、ブッシングフランジを圧力容器壁部に取り付けるために用いられる締結具を受け入れるように適合された複数の穴（５４）を備える、請求項１に記載の高電圧ブッシングアセンブリ。
【請求項１２】
実質的に円筒状のシェル（３８）と、前記実質的に円筒状のシェル上に摺動可能に収容された環状ブッシングフランジ（３６）と、を含むブッシングアセンブリであって、
前記環状ブッシングフランジは、一方の端部に半径方向外方に向けて配向されたフランジ（５０）を備え、反対側の端部に半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）を備え、前記フランジどうしの間で軸方向に延在するスリーブ部分（４８）を備え、
前記実質的に円筒状のシェルの外面と前記スリーブ部分の内面は、該外面と該内面との間に環状の半径方向の隙間（６６）が画成されるように寸法決めされ、前記半径方向の隙間は、前記半径方向外方に向けて配向されたフランジと前記半径方向内方に向けて配向されたフランジとの間において、前記ブッシングフランジ（３６）を前記実質的に円筒状のシェル（３８）に接合するガラス繊維強化エポキシ樹脂（６４）で満たされる、ブッシングアセンブリ。
【請求項１３】
前記ガラス繊維強化エポキシ樹脂（６４）は、表Ｉに記載の材料特性を有する、請求項１２に記載のブッシングアセンブリ。
【請求項１４】
前記実質的に円筒状のシェル（３８）は、前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）に隣接して該フランジの上方に配置される少なくとも１つの環状リブ部（５６）を含んで形成され、
環状シール（５８）が、前記少なくとも１つの環状リブ部と前記半径方向内方に向けて配向されたフランジとの間で軸方向に圧縮される、請求項１２に記載のブッシングアセンブリ。
【請求項１５】
前記半径方向内方に向けて配向されたフランジ（５２）に隣接して該フランジの上方に配置される前記少なくとも１つの環状リブ部（５６）は、前記環状シール上に狭まった半径方向の隙間（６２）を画成する、請求項１４に記載のブッシングアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して大型発電機の構造に関し、特に発電機架台の壁部に導電体を挿通するために用いられる高電圧ブッシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧ブッシングは、発電機から電圧変成器及び電源変圧器、そして配電網等へと電気を導く導電体を、例えば大型発電機の圧力容器壁部に挿通するために用いられる。こうしたブッシングでは、圧力容器（固定子）の内部の冷却ガス（例えば水素）がブッシングと固定子壁部との界面を通って容器から漏れ出すのを防ぐことが重要である。加えて、導電体は、圧力容器又は固定子壁部から電気的に絶縁されている必要がある。この絶縁は、導電体を磁器又はその他の絶縁スリーブ又はシェルの内側に封入することによって可能である。環状のスリーブ状金属ブッシング（本明細書では「ブッシングフランジ」ともいう）は、磁器スリーブの外面上に入れ子状に嵌合し、磁器スリーブを圧力容器壁部に取り付けるために用いられる。こうした高電圧ブッシングフランジの１つが、同一権者の米国特許第５４８３０２３号に開示されている。
【０００３】
このような高電圧ブッシングに付随する問題として、１）熱的に整合しないブッシングフランジにより加えられる機械的応力による磁器スリーブの割れと、２）ブッシングフランジと磁器シェルとの間の接合シールを介した発電機固定子の内側からの水素ガスの漏出と、３）例えば、初期気孔率の高密度エポキシ、熱老化、過剰な引張応力、熱サイクル及び／又は動作時に受ける振動に起因する接合材料の微小割れの形成と、が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５４８３０２３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、磁器シェルに加わる過剰な引張応力を軽減して耐用寿命を延ばすことができ、金属ブッシングフランジと磁器シェル等であるがこれに制限されない絶縁シェルとの間の緩衝材として用いられる接合シールを介した、潜在的なガス漏れ経路を更に効果的に阻止できる、改良された高電圧ブッシングフランジが依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
例示的であるが非限定的な実施形態によると、本発明は、導電体を封入するように適合された絶縁シェルと、この絶縁シェル上に摺動可能に収容された環状ブッシングフランジと、を含む高電圧ブッシングフランジアセンブリであって、環状ブッシングフランジは、上端部において半径方向外方に向けて配向されたフランジを備え、下端部において半径方向内方に向けて配向されたフランジを備え、これら両フランジどうしの間で軸方向に延在するスリーブ部分を備え、絶縁シェルの外径及びスリーブ部分の内径は、絶縁シェルとスリーブ部分との間に環状の半径方向の隙間が画成されるように寸法決めされ、この半径方向の隙間は、半径方向内方に向けて配向されたフランジにより軸方向に支持される耐高熱性ガラス繊維強化エポキシ樹脂で満たされる、高電圧ブッシングフランジアセンブリに関する。
【０００７】
別の態様において、本発明は、導電体を封入するように適合された絶縁セルと、この絶縁セル上に摺動可能に収容された環状ブッシングフランジと、を含む高電圧ブッシングアセンブリであって、環状ブッシングフランジは、自身の上端部において半径方向外方に向けて配向されたフランジと、軸方向に配向されたスリーブ部分とを備え、絶縁シェルは実質的に均一な外径を有し、スリーブ部分は実質的に円錐形の内面を有し、この外径と内面とは、絶縁シェルと軸方向に配向されたスリーブ部分との間に環状の円錐形の半径方向の隙間が画成されるように寸法決めされ、この円錐形の半径方向の隙間は、耐高熱性ガラス繊維強化エポキシ樹脂で満たされる、高電圧ブッシングアセンブリに関する。
【０００８】
また別の態様において、本発明は、実質的に円筒状のシェルと、この実質的に円筒状のシェル上に摺動可能に収容された環状ブッシングフランジと、を含むブッシングアセンブリであって、この環状ブッシングフランジは、一方の端部に半径方向外方に向けて配向されたフランジと、反対側の端部に半径方向内方に向けて配向されたフランジと、これら両フランジどうしの間に軸方向に延在するスリーブ部分とを備え、実質的に円筒状のシェルの外面とスリーブ部分の内面とは、この外面と内面との間に環状の半径方向の隙間が画成されるように寸法決めされ、この半径方向の隙間は、半径方向外方に向けられるフランジと半径方向内方に向けられるフランジとの間において、ブッシングフランジを実質的に円筒状のシェルに接合する耐高熱性ガラス繊維強化エポキシ樹脂で満たされる、ブッシングアセンブリに関する。
【０００９】
これより、下記の図面に関連して本発明を詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】既知の高電圧ブッシングフランジの部分断面斜視図である。
【図２】本発明の例示的であるが非限定的な第１の実施形態に従った高電圧ブッシングフランジの部分断面図である。
【図３】本発明の例示的であるが非限定的な第２の実施形態に従った高電圧ブッシングフランジの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず図１を参照すると、導電体と磁器絶縁スリーブ又はシェル１６との間にアスファルト又は同様の材料の外被１４を有する銅導体１２を封入した、既知のブッシングフランジ１０が示されている。金属ブッシングフランジ（又は単に「フランジ」）１０は、磁器シェル１６の外面上に入れ子状に嵌合しており、磁器シェル１６を破線１８で示す圧力容器壁部に取り付けるために用いられる。ブッシングフランジ１０は、一方の端部には、先細縁部２２で終端する軸方向部分２０を含み、この軸方向部分２０の反対側の端部には、半径方向フランジ部分２４を含む。半径方向フランジ部分２４は、軸方向に配向された複数の貫通穴２６を備え、これらの貫通穴により、ボルト２８又はその他の適当な締結具を用いて、ブッシング１０を圧力容器壁部に固定できる。
【００１２】
環状支持フェルール３０は、取付けフランジ１０の半径方向部分２４に当接する位置までシェル１６上に入れ子状に嵌合する。フェルール３０は、ブッシングフランジ１０が圧力容器壁部に接合される部分において圧力容器内部からの水素の流出を防ぐシールとして機能する。ガスケット３２は、フェルールの半径方向部分の露出側全体にわたって延在し、フェルール３０と圧力容器壁部との間で圧縮されるように適合される。
【００１３】
ブッシングフランジ１０は、ブッシングフランジ１０の軸方向部分２０と磁器絶縁シェル１６との間の半径方向の隙間内に配置されるエポキシ３４を用いて、磁器絶縁シェル１６に固定される。
【００１４】
図２に、本発明の例示的であるが非限定的な実施形態に従った高電圧ブッシングフランジを示す。環状の非磁性金属（例えば鋼合金）のブッシングフランジ３６は、銅導体４０を封入する磁器絶縁スリーブ又はシェル３８の上に入れ子状に嵌合するものとして図示されている。ブッシングフランジ３６は、磁器絶縁シェルを発電機固定子架台４２の壁部に取り付ける。フランジ３６は、シェル３８が固定子架台壁部を貫通して突出する半径方向ショルダ部４６を始点とする絶縁シェルの拡径部分４４の半径方向外方に配置される。
【００１５】
フランジ３６は、軸方向スリーブ部分４８と、自身の一方の端部（図２に上端部として示す）において半径方向外方に向けて配向されたフランジ部分５０と、自身の反対側の端部において軸方向内方に向けて配向されたより小さいフランジ部分５２とを含む。半径方向外方に向けて配向されたフランジ部分５０は、フランジ３６（したがって磁器絶縁シェル３８）を発電機固定子架台４２の壁部に取り付け易くするための複数の周方向離間ボルト穴（図面にはその１つを示す）５４を備えるが、それ以外の点は従来通りである。
【００１６】
この実施形態において、磁器絶縁シェル３８は、半径方向内方に向けて配向されたフランジ５２の上方且つこのフランジに隣接する位置において、フランジ５２上に支持されるＯリング５８を受け入れるだけの十分な軸方向の隙間を空けて、拡径部分４４に少なくとも１つの環状リブ部５６を備える。環状リブ部５６の軸方向部分６０により、潜在的な水素ガス漏出経路として非常に狭い経路又は半径方向の隙間６２しか残らないので、Ｏリング５８の効果が高まる。接合用エポキシ樹脂６４は、この狭い半径方向の隙間６２と、磁器絶縁シェル３８とフランジ３６の軸方向スリーブ部分４８との間の相対的により大きい半径方向の隙間６６（幅約１／２インチ）とのいずれをも満たす。環状リブ部５６は１つで十分であるが、複数であってもよく、シェル３８の部分４４に沿って離間配置されてもよいことが理解されよう。
【００１７】
エポキシ樹脂６４は、高温時における磁器シェル３８と金属フランジ３６との間の熱膨張による不整合を緩衝する。さもなければ、熱的不整合の結果、環状ブッシングフランジ３６のスリーブ部分４８と半径方向部分５０とにより、割れやすい磁器シェル３８に加わる直接的な圧縮力と引張応力とによって、磁器スリーブに欠け及び微小割れが形成されることがある。なお、環状磁器リブ部５６及び内方に向けて配向されたフランジ５２も、接合用エポキシ樹脂に対してある程度の軸方向の支持を行うので、接合用エポキシ樹脂６４に対する応力を軽減する。
【００１８】
接合用エポキシ樹脂６４は、磁器シェル３８の重さを支えるために、並びに、磁器セル３８と金属フランジ３６との間の熱的不整合を吸収するために、高い機械的強度と靭性を有する必要がある。加えて、接合用エポキシ樹脂６４は、耐高熱性を有し、硬化時にボイドなし又はボイドレスとなる必要がある。これは、潜在的な高圧ガス漏れ経路でもある狭い隙間６２の領域において、特に重要である。一般的な樹脂は、急速な硬化とスキン効果とに起因する、又は発熱硬化プロセス中に容易に捕捉される成分を含む有機溶剤又は希釈剤の使用に起因する、ボイド又は気泡が生じ易い。
【００１９】
この実施例において、ＡＳＴＲＯ−６９７９及びＡＳＴＲＯ−６２６９等の接合用エポキシ樹脂は、溶剤を含まないので硬化時の気孔率が低くなることから、ブッシング接合用に適することが実証されている。真空オーブン硬化を用いることにより、更に気泡形成を減らすことができる。エポキシは、接合強度と機械的強度を向上させ、熱膨張率を低減させるために、含浸したガラス繊維を用いて補強される。上記のように、エポキシ樹脂６４を適正に硬化させることも重要である。可撓性と靭性を維持するために、ガラス転移温度を９０°Ｃ〜１２０°Ｃの範囲内にする必要がある。上記のエポキシ材料の熱的区分は、ＩＥＣ６０２１６によるクラス１５５である必要がある。これにより、接合用エポキシ樹脂が、耐高熱性を備え、銅導体（磁器シェルを通る）により生じる熱に耐え、フランジ上で誘導される渦電流による加熱に対して抵抗性を備えることができる。一例として、エポキシ樹脂材料は以下の特性を有し得る。
【００２０】
【表１】
2012059700.tif 000003
図３に示す例示的であるが非限定的な第２の実施形態において、高電圧フランジブッシング６７は、概ね上記のブッシングフランジ３６と同様であるが、フランジ６７の内径は、軸方向スリーブ部分６８の長手方向に沿って変動する。具体的には、内面７０の形状は円錐形であって、内径がフランジ部分７４の上縁部７２から下側の半径方向内方に向けて配向されたフランジ７６まで、実質的に一様に減少する。結果的に得られる先細状の隙間７８は、上記のエポキシ樹脂６４と同じであってよい接合用エポキシ樹脂８０で満たされる。この構成により、ブッシング本体の重力、圧力、及び磁器シェル８２とブッシングフランジ６７との間の熱的不整合に起因する、引張応力及び剪断応力を更に低減させることができる。なお、環状リブ部５６は図３では省略されているが、１つ以上のこのようなリブ部５６（及びシール５８）を、ブッシングフランジ６７の下側フランジ７６の軸方向上方に含めてもよい。
【００２１】
いずれの実施形態においても、ブッシングフランジ及び耐高熱性エポキシシールは、磁器シェルに対する過剰な機械的応力を緩和し、磁器シェルとブッシングフランジとの間の熱的不整合を緩衝することにより、磁器シェルに割れが生じる可能性を低減し、且つ、エポキシ樹脂の気孔率が低下する結果、接合領域を介したガス漏れを防ぐ。
【００２２】
本発明は、定格２４ＫＶ以下の全種類の水素冷却発電機に幅広く適用可能である。
【００２３】
現時点で最も実用的且つ好ましいと思われる実施形態に関連して、本発明を説明したが、本発明は開示した実施形態に限らず、むしろ、添付の特許請求の範囲に含まれる様々な改変及び等価の措置を包含することを意図している。
【符号の説明】
【００２４】
１０、３６、６７  ブッシングフランジ
１２、４０  銅導体
１４  外被
１６、３８、８２  磁器シェル
２０  軸方向部分
２２  先細縁部
２４  フランジ部分
２６  穴
２８  ボルト
３０  フェルール
３２  ガスケット
３４  エポキシ
４２  固定子架台
４４  拡径部分
４６  半径方向ショルダ部
４８、６８  スリーブ部分
５０、７４  フランジ部分
５２、７６  内方に向けて配向されたフランジ
５４  ボルト穴
５６  環状リブ部
５８  Ｏリングシール
６０  軸方向部分
６２  半径方向の隙間
６４、８０  樹脂
７０  内面
７２  上縁部
７８  先細状の隙間
【図１】
2012059700.tif 000004
【図２】
2012059700.tif 000005
【図３】
2012059700.tif 000006