(57)【要約】【課題】回転軸の振れ回りによって加熱されるハイスポットに起因した回転軸の曲がりを抑制し、振れ回り振動の増大を防ぎ、発電機の信頼性を大幅に向上できる発電機の軸シール装置を提供する。【解決手段】軸シール装置２は、回転軸５の外径よりも大きい内径を有して回転軸５に回転一体に設けられたスリーブ１２と、スリーブ１２の外周側に隙間を隔ててケーシング３に浮動自在に支持されるとともに隙間Ｄ１にシール油Ｏを導く給油孔１３ａを有するシールリング１３と、を備える。【選択図】  図２
2012090397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒を収容するケーシングと前記ケーシングの内外を貫く回転軸との間に設けられて前記冷媒の漏洩を防ぐ発電機の軸シール装置において、
前記回転軸の外径よりも大きい内径を有して前記回転軸に回転一体に設けられたスリーブと、
前記スリーブの外周側に隙間を隔てて前記ケーシングに浮動自在に支持されるとともに前記隙間にシール油を導く給油孔を有するシールリングと、を備えたことを特徴とする発電機の軸シール装置。
【請求項２】
前記回転軸の外周に前記スリーブを焼きばめたスリーブ支持台を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項３】
前記スリーブに設けられた継手部と、
前記継手部を前記回転軸に締結する締結部材と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項４】
前記回転軸に回転一体に設けられて前記スリーブ開口端に外嵌めされたストッパスリーブを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項５】
前記スリーブの両端に設けられた一対の継手部と、
前記継手部を前記回転軸に締結する締結部材と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項６】
前記継手部の一方は、前記回転軸の軸方向へ摺動自在なように前記締結部材を通す拡大孔を有することを特徴とする請求項５に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項７】
前記回転軸と前記スリーブとの隙間に冷却装置を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項８】
前記冷却装置は、前記回転軸の外周に設けられた冷却翼を備えたことを特徴とする請求項７に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項９】
前記冷却装置は、前記回転軸と前記スリーブとの隙間の内外に渡って前記回転軸の外周に形成された螺旋状の溝を有することを特徴とする請求項７に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１０】
前記冷却装置は、前記スリーブの内周面と外周面とを貫いて前記回転軸と前記スリーブとの隙間の内外を連通させる排気口を有する排気流路を備えたことを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１１】
前記ストッパスリーブは、回転にともなって前記回転軸と前記スリーブとの隙間に雰囲気を流入させる冷却流入孔を有することを特徴とする請求項４に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１２】
前記スリーブは、前記スリーブの内周面と外周面とを貫いて前記回転軸と前記スリーブとの隙間の内外を連通させる排気口を有することを特徴とする請求項１１に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１３】
前記スリーブは、前記ケーシングの内側に配置された端部を前記回転軸に回転一体に固定されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１４】
前記スリーブは、前記ケーシングの外側に配置された端部を前記回転軸に回転一体に固定されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【請求項１５】
前記スリーブは、前記シールリングに相対する中間部を前記回転軸に回転一体に固定されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発電機の軸シール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は発電機の軸シール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーシング内に水素ガスなどの気体を冷媒として封入した発電機が知られている。このような発電機は、ケーシングに収容された回転軸と、ケーシングと回転軸との間における冷媒の漏洩を防ぐ軸シール装置と、を備える。
【０００３】
この軸シール装置は、回転軸との間に隙間を形成するシールリングを備え、この隙間にシール油を給油してケーシング内外の通気を遮断して冷媒の漏洩を防ぐ。
【０００４】
図１７は、従来の軸シール装置を示した縦断面図である。
【０００５】
図１８は、従来の軸シール装置のシールリングの支持状態を示した図である。
【０００６】
図１７および図１８に示すように、軸シール装置１０１は、発電機のケーシング１０２に設けられたシールケーシング１０３と、シールケーシング１０３のシール保持溝１０５に嵌合されたシールリング１０６と、シールリング１０６を弾性的に保持するシールスプリング１０７と、を備える。シールケーシング１０３およびシールリング１０６は、シールリング１０６と回転軸１０８との隙間Ｓにシール油Ｏを導く給油孔１０３ａ、１０６ａを有する。軸シール装置１０１は、隙間Ｓに導かれたシール油Ｏの圧力とシールスプリング１０７の張力との釣り合いによって回転軸１０８からシールリング１０６を浮き上がらせて回転軸１０８とシールリング１０６との非接触状態を保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９７２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、回転軸１０８は、一般に、回転軸１０８自体や回転軸１０８に設けられた回転子の質量分布の不均一によって不釣合いを有する。回転軸１０８は、この不釣合いによって振れ回り振動を生じる。この振れ回り振動は、回転軸１０８とシールリング１０６との隙間Ｓを局所的に狭く（図１８中、Ｓｍｉｎ）し、当該箇所におけるシール油の高温化を招く。この高温なシール油Ｏは、回転軸１０８のシール部分において周方向に不均一な熱分布を発生させ、ひいては回転軸１０８に曲がりを生じさせて振れ回り振動を増大させる。
【０００９】
以下、この振れ回り振動の増大について詳細に説明する。
【００１０】
図１９は、従来の軸シール装置における回転軸とシールリングとの隙間を示した図である。なお、図１９は、回転軸１０８の振れ周り振動の様子を誇張して示した図である。
【００１１】
図１９に示すように、回転軸１０８は、重心Ｏｒが回転中心Ｏｗから偏心ｅｄして振れ回る。仮に、回転軸１０８および回転子に不釣合いなどの偏重心が無ければ、回転軸１０８の重心Ｏｒと、回転軸１０８の回転中心Ｏｗとは一致する。ところが、一般に、回転軸１０８および回転子は、不釣合いなどの偏重心を有るため、重心Ｏｒが回転中心Ｏｗから偏心ｅｄして振れ回る。なお、回転軸１０８の重心Ｏｒの振れ回り（公転Ω）と回転軸１０８自体の回転（自転ω）とは一致する。
【００１２】
他方、軸シール装置１０１は、ケーシング１０２内の冷媒の漏洩を防ぐために設けられているので、ケーシング１０２内側の圧力とケーシング１０２外側の圧力との差（圧力差）によってシールリング１０６をシールケーシング１０３に押し付けられる。これによって、シールリング１０６は、その動きを拘束または妨げられて、回転軸１０８の振れ回りに十分に追従できなくなる場合がある。
【００１３】
なお、シールリング１０６の中心Ｏｓと回転軸１０８の回転中心Ｏｗとは、静的な偏心ｅｓを有する。
【００１４】
ここで、回転軸１０８の振れ回りによって回転中心Ｏｗから最も遠くなる回転軸１０８の表面部分をハイスポットＨＳと呼ぶ。このハイスポットＨＳは、回転中心Ｏｗ、回転軸１０８の半径ｒと重心Ｏｒの偏心ｅｄとの和を半径とする破線円の内側を振れ回る。また、ハイスポットＨＳは、静的な偏心ｅｓによってシールリング１０６の内周面に近づき、最小隙間部Ｓｍｉｎを生じる。最小隙間部Ｓｍｉｎは、静的な偏心ｅｓおよび回転軸１０８の公転Ωと自転ωの一致によって常にハイスポットＨＳとシールリング１０６との間に成され、一定な位置関係を示す。
【００１５】
そして、間隙Ｓを満たすシール油は、ハイスポットＨＳとシールリング１０６とが最小間隙部Ｓｍｉｎを成す位置関係になる度に圧縮されて高温になり、ハイスポットＨＳを加熱する。
【００１６】
図２０は、回転軸のシール部分の様子を概略的に示した図である。
【００１７】
図２０に示すように、回転軸１０８は、ハイスポットＨＳが最小間隙部Ｓｍｉｎを成す位置を通過する度に圧縮、加熱されたシール油によって局所的に高温な加熱部１０９を生じ、ひいてはシール部分の周方向に不均一な熱分布を生じる。回転軸１０８は、シール部分の不均一な熱分布によって加熱部１０９（すなわち、ハイスポットＨＳ近傍）に局所的な伸びを生じ、ひいては軸全体の曲がりを生じる。この回転軸１０８の曲がりは、発電機全体に影響を与える。
【００１８】
図２１は、曲がりを生じた回転軸による発電機の影響を概略的に示した図である。
【００１９】
図２１に示すように、曲がった回転軸１０８は、回転中心軸Ｏｗと中心線Ｒｄ（回転軸１０８各部の重心を結んだ線）との間に偏心を持って振れ回り、振れ回り振動を増大させる場合がある。
【００２０】
シールリングを周方向に分割して回転軸とシールリングとの接触を抑制し、振動の増大を回避した軸シール装置が知られているが、回転軸の振れ回りによって局所的に加熱されるハイスポットに起因した回転軸の曲がりを防ぐことは困難である。
【００２１】
そこで、本発明は、回転軸の振れ回りによって加熱されるハイスポットに起因した回転軸の曲がりを抑制し、振れ回り振動の増大を防ぎ、発電機の信頼性を大幅に向上できる発電機の軸シール装置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】
【００２２】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る発電機の軸シール装置は、内部に冷媒を収容するケーシングと前記ケーシングの内外を貫く回転軸との間に設けられて前記冷媒の漏洩を防ぐ発電機の軸シール装置において、前記回転軸の外径よりも大きい内径を有して前記回転軸に回転一体に設けられたスリーブと、前記スリーブの外周側に隙間を隔てて前記ケーシングに浮動自在に支持されるとともに前記隙間にシール油を導く給油孔を有するシールリングと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、回転軸の振れ回り振動の増大を防いで発電機の信頼性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る軸シール装置が適用された発電機に示した概略図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る軸シール装置のシールリングの浮動保持状態を示した概念図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る軸シール装置における回転軸とシールリングとの隙間を示した図。
【図５】本発明の第１実施形態に係る軸シール装置のシール部分の様子を概略的に示した図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図９】本発明の第５実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る軸シール装置のシール部分の様子を示した図。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１２】本発明の第７実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１３】本発明の第８実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１４】本発明の第９実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１５】本発明の第１０実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１６】本発明の第１１実施形態に係る軸シール装置を示した断面図。
【図１７】従来の軸シール装置を示した縦断面図。
【図１８】従来の軸シール装置のシールリングの支持状態を示した図。
【図１９】従来の軸シール装置における回転軸とシールリングとの隙間を示した図。
【図２０】回転軸のシール部分の様子を概略的に示した図。
【図２１】曲がりを生じた回転軸による発電機の影響を概略的に示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る発電機の軸シール装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
［第１の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第１実施形態について図１から図５を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る軸シール装置が適用された発電機に示した概略図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る発電機１の軸シール装置２は、ケーシング３と回転軸５との間における冷媒６の漏洩を防ぐ。
【００２９】
ここで先ず、発電機１は、内部に冷媒６を収容するケーシング３と、ケーシング３の内外を貫く回転軸５と、ケーシング３内にあり回転軸５と一体に回転する回転子８と、回転子８の周囲を取り囲みケーシング３の内側に固定された固定子９と、ケーシング３外にあって回転軸５を回転自在に軸支する軸受１１と、ケーシング３と回転軸５との間で冷媒６の漏洩を防ぐ軸シール装置２と、を備える。発電機１は、タービンなどの原動機（図示省略）に接続された回転軸５を介して原動機が発生した仕事を受け取り、回転子８と固定子９との電磁誘導によって発電する。
【００３０】
回転子８および固定子９はコイルを備える。回転子８および固定子９は、発電の際、コイルに流れる電流によって発熱し、高温になる。
【００３１】
軸受１１は、回転軸５とともに回転子８を滑らかに回転できるように保持する。
【００３２】
冷媒６は、例えば水素ガスなどの気体であり、コイルに流れる電流によって発熱する回転子８および固定子９を冷却する。冷媒６は、ケーシング３外にある熱交換器（図示省略）とケーシング３内とを循環してケーシング３内の温度を予め定められた温度以下に冷却する。
【００３３】
軸シール装置２は、ケーシング３内からの冷媒６の漏出を防ぐようケーシング３の両開口端部３ａに２箇所設けられる。
【００３４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００３５】
図２に示すように、軸シール装置２は、発電機１の回転軸５の外径よりも大きい内径を有して回転軸５に回転一体に設けられたスリーブ１２と、スリーブ１２の外周側に隙間Ｄ１を隔ててケーシング３に対して浮動自在に支持されるとともに隙間Ｄ１にシール油Ｏを導く給油孔１３ａを有するシールリング１３と、を備える。また、軸シール装置２は、ケーシング３に設けられたシールケーシング１５と、シールリング１３を弾性的に保持するシールスプリング１６と、を備える。
【００３６】
スリーブ１２は、回転軸５と同心状の円筒であり、ケーシング３の内外に跨がって延びる。スリーブ１２は、回転軸５の外周部に一体に形成される。より詳しくは、スリーブ１２は、回転軸５の外周から径方向に突出させて一体成形されたスリーブ支持台１７によって保持される。また、スリーブ１２は、スリーブ支持台１７を支持端として回転軸５の軸方向へ延び、開口した自由端を有する。スリーブ１２は、回転軸５の軸径よりも小さい寸法の板厚（例えば、軸径の２％以下）を有し、回転軸５よりも低い曲げ剛性を有することが望ましい。
【００３７】
なお、スリーブ１２は、ケーシング３の内側に開口していても、外側に開口していても良い。換言すれば、スリーブ１２は、ケーシング３の内側に配置された端部を回転軸５に回転一体に固定されていても良く、ケーシング３の外側に配置された端部を回転軸５に回転一体に固定されていても良い。スリーブ１２がケーシング３の内側に開口している場合は、スリーブ１２と回転軸５との隙間Ｄ２に冷媒６が侵入してスリーブ１２を内周側から冷却する。他方、スリーブ１２がケーシング３の外側に開口している場合は、スリーブ１２と回転軸５との隙間Ｄ２に雰囲気Ａ（一般には空気）が侵入してスリーブ１２を内周側から冷却する。なお、ケーシング３の内側に配置された端部とは、シール油Ｏが満ちる隙間Ｄ１よりもケーシング３の内側に延びたスリーブ１２の開口端である。ケーシング３の外側に配置された端部とは、シール油Ｏが満ちる隙間Ｄ１よりもケーシング３の外側に延びたスリーブ１２の開口端である。
【００３８】
シールリング１３は、環状の構造物であり、複数個の円弧状部材を一体に固定したものでも、複数個の円弧状部材を分割したまま組み合わせたものでも、一体成形されたものでも良い。給油孔１３ａは、シールリング１３の内周と外周とを貫く。シールリング１３は、外周部にシールスプリング１６を周方向へ巻掛けるスプリング掛溝１３ｂを有する。
【００３９】
シールケーシング１５は、シールリング１３を保持するものであり、シールリング１３が嵌合するシール保持溝１８と、シール保持溝１８にシール油Ｏを導く給油孔１５ａと、を有する。シール保持溝１８は、回転軸５の径方向におけるシールリング１３の移動を許しつつ回転軸５の軸方向におけるシールリング１３の移動を規制するようシールリング１３を保持する。給油孔１５ａは、油圧供給装置２１に接続される。油圧供給装置２１は、隙間Ｄ１に到達したシール油Ｏの圧力がケーシング３内の冷媒６の圧力よりも高くなるようにシール油Ｏを圧送する。
【００４０】
図３は、本発明の第１実施形態に係る軸シール装置のシールリングの浮動保持状態を示した概念図である。
【００４１】
シールスプリング１６は、シールリング１３のスプリング掛溝１３ｂに半円弧分ずつ巻掛けられた長尺な弾性体であり、上半円弧スプリング１６ａおよび下半円弧スプリング１６ｂの各端部１６ｃをシールケーシング１５に固定される。
【００４２】
軸シール装置２は、隙間Ｄ１に導かれたシール油Ｏの圧力とシールスプリング１６の張力との釣り合いによってスリーブ１２からシールリング１３を浮き上がらせてスリーブ１２とシールリング１３との非接触状態を保つ。換言すれば、シールリング１３は、シール油Ｏの圧力とシールスプリング１６の張力との釣り合いによって浮動性を維持する。なお、下半円弧スプリング１６ｂはシール油Ｏの圧力に加えてシールリング１３の質量も保持する。
【００４３】
図４は、本発明の第１実施形態に係る軸シール装置における回転軸とシールリングとの隙間を示した図である。なお、図４は、回転軸５の振れ周り振動の様子を誇張して示した図である。
【００４４】
図４に示すように、回転軸５は、重心Ｏｒが回転中心Ｏｗから偏心ｅｄして振れ回る。仮に、回転軸５、回転子８およびスリーブ１２に不釣合いなどの偏重心が無ければ、回転軸５の重心Ｏｒと、回転軸５の回転中心Ｏｗとは一致する。ところが、一般に、回転軸５、回転子８およびスリーブ１２は、不釣合いなどの偏重心を有るため、重心Ｏｒが回転中心Ｏｗから偏心ｅｄして振れ回る。なお、回転軸５の重心Ｏｒの振れ回り（公転Ω）と回転軸５自体の回転（自転ω）とは一致する。なお、シールリング１３の中心Ｏｓと回転軸５の回転中心Ｏｗとは、静的な偏心ｅｓを有する。
【００４５】
他方、軸シール装置２は、ケーシング３内の冷媒の漏洩を防ぐために設けられているので、ケーシング３内側の圧力とケーシング３外側の圧力との差（圧力差）によってシールリング１３をシールケーシング１５に押し付けられて浮動性が低下したり、拘束されてしまったりする。浮動性が低下したり、拘束されてしまったりしたシールリング１３は、回転軸５の振れ回りに十分に追従できなくなる場合がある。
【００４６】
ここで、回転軸５の振れ回りによって回転中心Ｏｗから最も遠くなるスリーブ１２の表面部分をハイスポットＨＳ’と呼ぶ。ハイスポットＨＳ’は、回転中心Ｏｗ、スリーブ１２の半径ｒｓと重心Ｏｒの偏心ｅｄとの和を半径とする破線円の内側を振れ回る。また、ハイスポットＨＳ’は、静的な偏心ｅｓによってシールリング１３の内周面に近づき、最小隙間部Ｓｍｉｎを生じる。最小隙間部Ｓｍｉｎは、静的な偏心ｅｓおよび回転軸５の公転Ωと自転ωの一致によって常にハイスポットＨＳ’とシールリング１３との間に成され、一定な位置関係を示す。
【００４７】
そして、間隙Ｓを満たすシール油Ｏは、ハイスポットＨＳ’とシールリング１３とが最小間隙部Ｓｍｉｎを成す位置関係になる度に圧縮されて高温になり、ハイスポットＨＳ’を加熱する。
【００４８】
図５は、本発明の第１実施形態に係る軸シール装置のシール部分の様子を概略的に示した図である。
【００４９】
図５に示すように、軸シール装置２のスリーブ１２は、ハイスポットＨＳ’が最小間隙部Ｓｍｉｎを成す位置を通過する度に圧縮、加熱されたシール油Ｏによって局所的に高温な加熱部２３を生じ、ひいてはシール部分の周方向に不均一な熱分布を生じる。スリーブ１２は、シール部分の不均一な熱分布によって加熱部２３（すなわち、ハイスポットＨＳ’近傍）に局所的な伸びを生じ、ひいてはスリーブ１２全体の曲がり（熱応力による曲げ）を生じる。
【００５０】
ところが、軸シール装置２は、回転軸５よりも剛性の小さいスリーブ１２を片持梁状に支持するため、スリーブ１２の曲がりが回転軸５に伝わることを抑制できる。なお、スリーブ１２と回転軸５との隙間Ｄ２は、変形したスリーブ１２が回転軸５に接しない程度に確保される。
【００５１】
もちろん、スリーブ１２の曲がりは、スリーブ１２の不釣合いを生じるものの、回転軸５、回転子８および変形前のスリーブ１２の全体の不釣合いに比べれば極めて僅かな不釣合いであり、回転軸５の振れ回り振動を増大させることはない。
【００５２】
したがって、本実施形態に係る軸シール装置２は、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００５３】
［第２の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第２実施形態について図６を参照して説明する。
【００５４】
図６は、本発明の第２実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００５５】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５６】
図６に示すように、軸シール装置２Ａは、回転軸５の外周にスリーブ１２を焼きばめたスリーブ支持台１７Ａを備える。
【００５７】
スリーブ支持台１７Ａは、回転軸５の外周から径方向に突出させて一体成形される。スリーブ１２は、スリーブ支持台１７Ａに焼きばめられて保持される。
【００５８】
本実施形態に係る軸シール装置２Ａは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００５９】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ａは、回転軸５とスリーブ１２とを一体成形することが困難な場合、回転軸５とは別に形成したスリーブ１２を回転軸５に後付けすることができる。
【００６０】
［第３の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第３実施形態について図７を参照して説明する。
【００６１】
図７は、本発明の第３実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００６２】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
図７に示すように、軸シール装置２Ｂは、スリーブ１２に設けられた継手部２５と、継手部２５を回転軸５に締結する締結部材２６と、を備える。
【００６４】
継手部２５は、スリーブ１２のいずれかの端部に連続させて一体に形成される。継手部２５は、締結部材２６の通し穴２５ａを有する。
【００６５】
締結部材２６は、例えばボルトであり、回転軸５に形成されたボルト穴２７に締め付けられる。
【００６６】
本実施形態に係る軸シール装置２Ｂは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００６７】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ｂは、回転軸５とスリーブ１２とを一体成形することが困難な場合、回転軸５とは別に形成したスリーブ１２を回転軸５に後付けすることができる。
【００６８】
［第４の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第４実施形態について図８を参照して説明する。
【００６９】
図８は、本発明の第４実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００７０】
なお、本実施形態において、第３実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
図８に示すように、軸シール装置２Ｃは、回転軸５に回転一体に設けられてスリーブ１２開口端に外嵌めされたストッパスリーブ２８を備える。
【００７２】
ストッパスリーブ２８は、スリーブ１２よりも軸方向長さが短いスリーブ２９と、スリーブ２９に設けられた継手部３１と、を備える。継手部３１は、スリーブ２９のいずれかの端部に連続させて一体に形成される。継手部３１は、通し穴３１ａを有する。
【００７３】
締結部材３２は、例えばボルトであり、通し穴３１ａを通り回転軸５に形成されたボルト穴３３に締め付けられる。
【００７４】
スリーブ１２は、片持梁状に支持されているため、回転軸５とともに回転して大きな遠心力が加わると自由端である開口端が径外方向へ変形してシールリング１３に接触する虞がある。特に、シールリング１３の浮動性が損なわれた場合、このような虞が高まる。そこで、軸シール装置２Ｃは、スリーブ１２の開口端にストッパスリーブ２８を外嵌めしてスリーブ１２開口端における径外方向の変形を抑制する。
【００７５】
本実施形態に係る軸シール装置２Ｃは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ｃは、遠心力によるスリーブ１２の変形を抑制してシール機能の信頼性を向上できる。
【００７７】
［第５の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第５実施形態について図９および図１０を参照して説明する。
【００７８】
図９は、本発明の第５実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００７９】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る軸シール装置のシール部分の様子を示した図である。
【００８０】
なお、本実施形態において、第３実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
図９および図１０に示すように、軸シール装置２Ｄは、スリーブ１２の両端に設けられた一対の継手部２５と、継手部２５を回転軸５に締結する締結部材２６と、を備える。
【００８２】
軸シール装置２Ｄは、スリーブ１２の両開口端を継手部２５で回転軸５に固定したものである。本実施形態に係るスリーブ１２は、両持梁状に支持されているため、回転軸５とともに回転して大きな遠心力が加わっても端部の径外方向変形を防ぐことができる。
【００８３】
なお、両端支持されたスリーブ１２は、ハイスポットＨＳ’の加熱によって曲げモーメントＭを生じるが、回転軸５に比べて剛性が低いので回転軸５を曲げるものではない（図１０）。
【００８４】
本実施形態に係る軸シール装置２Ｄは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００８５】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ｄは、遠心力によるスリーブ１２の変形を抑制してシール機能の信頼性を向上できる。
【００８６】
［第６の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第６実施形態について図１１を参照して説明する。
【００８７】
図１１は、本発明の第６実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００８８】
なお、本実施形態において、第５実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８９】
図１１に示すように、軸シール装置２Ｅの継手部２５の一方は、回転軸５の軸方向へ摺動自在なように締結部材２６を通す拡大孔３５を有する。
【００９０】
軸シール装置２Ｅは、一方の継手部２５の通し穴２５ａを拡大孔３５にしたものである。締結部材２６と拡大孔３５とは、継手部２５の軸方向変位を非拘束、径方向変位を拘束の状態でスリーブ１２を回転軸５に締結する。本実施形態に係るスリーブ１２は、両持梁状に支持されているため、回転軸５とともに回転して大きな遠心力が加わっても端部の径外方向変形を防ぐことができる。しかも、両端支持されたスリーブ１２は、ハイスポットＨＳ’の加熱によって軸方向へ延びるが、一方の継手部２５の軸方向変位が非拘束状態（摺動自在）であるため曲げモーメントを抑制して回転軸５の曲がりを防ぐ。
【００９１】
本実施形態に係る軸シール装置２Ｅは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【００９２】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ｅは、遠心力によるスリーブ１２の変形を抑制してシール機能の信頼性を向上できる。
【００９３】
［第７の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第７実施形態について図１２を参照して説明する。
【００９４】
図１２は、本発明の第７実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【００９５】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９６】
図１２に示すように、軸シール装置２Ｆのスリーブ１２は、シールリング１３に相対する中間部を回転軸５に回転一体に固定される。
【００９７】
スリーブ支持台１７Ｂは、シールリング１３（ひいてはシール油Ｏの満ちた隙間Ｄ１）に相対して回転軸５から延びてスリーブ１２の中間部を保持する。スリーブ支持台１７Ｂは、ケーシング３の内側を指向する面を常に冷媒６に晒す。なお、スリーブ支持台１７Ｂは、ケーシング３の外側を指向する面を常に雰囲気Ａに晒す。
【００９８】
ハイスポットＨＳ’はシールリング１３に相対するスリーブ１２の外表面部分に生じるため、ハイスポットＨＳ’の熱はスリーブ支持台１７Ｂに伝わり回転軸５のほうへ伝導しようとする。ところが、軸シール装置２Ｆは、スリーブ支持台１７Ｂの一方の面（ケーシング３の内側に向かう面）を冷媒６に晒し、スリーブ支持台１７Ｂの他方の面（ケーシング３の外側に向かう面）を雰囲気Ａに晒すので、スリーブ支持台１７Ｂに伝わる熱を回転軸５に至る前に冷却する。
【００９９】
したがって、軸シール装置２Ｆは、ハイスポットＨＳ’に生じた熱が回転軸５に達しないようスリーブ支持台１７Ｂを冷却し、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【０１００】
［第８の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第８実施形態について図１３を参照して説明する。
【０１０１】
図１３は、本発明の第８実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【０１０２】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１０３】
図１３に示すように、軸シール装置２Ｇは、回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２に冷却装置３７を備える。冷却装置３７は、回転軸５の外周に設けられた冷却翼３８を備える。
【０１０４】
冷却翼３８は、回転軸５に回転一体に設けられた複数の翼であり、回転軸５とともに回転（図１３中、自転ω）して隙間Ｄ２に向かう流れを生じる。冷却翼３８は、隙間Ｄ２の内側にあっても良く、隙間Ｄ２の外側にあっても良く、隙間Ｄ２の内外に跨がっていても良い。冷却翼３８は、隙間Ｄ２の高さ（径方向）よりも短い翼幅を有する。すなわち、冷却翼３８の径外端とスリーブ１２の内周面とは隙間ｄを形成する。
【０１０５】
冷却翼３８は、ケーシング３の内側にあってもよく、外側にあってもよい。換言すれば、冷却翼３８は、ケーシング３の内側に開口するスリーブ１２に冷媒６を流し込んでも良く、ケーシング３の外側に開口するスリーブ１２に雰囲気Ａを流し込んでも良い。
【０１０６】
軸シール装置２Ｇは、回転軸５とともに冷却翼３８を回転し、隙間Ｄ２の回転軸５近傍側からスリーブ１２の内周面側を経由して隙間ｄから流れ出す流れ（図１３中、実線矢）を生じる。この流れは、スリーブ１２の内周側からハイスポットＨＳ’を冷却し、スリーブ１２の曲がりを抑制し、ひいては回転軸５の曲がりを抑制する。
【０１０７】
したがって、本実施形態に係る軸シール装置２Ｇは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【０１０８】
［第９の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第９実施形態について図１４を参照して説明する。
【０１０９】
図１４は、本発明の第９実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【０１１０】
なお、本実施形態において、第１実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１１】
図１４に示すように、軸シール装置２Ｈは、回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２に冷却装置３７Ａを備える。冷却装置３７Ａは、隙間Ｄ２の内外に渡って回転軸５の外周に形成された螺旋状の溝３９を有する。
【０１１２】
溝３９は、冷却装置３７の冷却翼３８と同様に、回転軸５とともに回転（図１４中、自転ω）して隙間Ｄ２に向かう流れを生じるものである。溝３９は、ケーシング３の内側にあってもよく、外側にあってもよい。換言すれば、溝３９は、ケーシング３の内側に開口するスリーブ１２に冷媒６を流し込んでも良く、ケーシング３の外側に開口するスリーブ１２に雰囲気Ａを流し込んでも良い。
【０１１３】
軸シール装置２Ｈは、回転軸５とともに溝３９を回転し、隙間Ｄ２の回転軸５近傍側からスリーブ１２の内周面側を経由して隙間Ｄ２から流れ出る流れ（図１４中、実線矢）を生じる。この流れは、スリーブ１２の内周側からハイスポットＨＳ’を冷却し、スリーブ１２の曲がりを抑制し、ひいては回転軸５の曲がりを抑制する。
【０１１４】
したがって、本実施形態に係る軸シール装置２Ｈは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【０１１５】
［第１０の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第１０実施形態について図１５を参照して説明する。
【０１１６】
図１５は、本発明の第１０実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【０１１７】
なお、本実施形態において、第８実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１８】
図１５に示すように、軸シール装置２Ｉは、回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２に冷却装置３７Ｂを備える。冷却装置３７Ｂは、冷却翼３８と、スリーブ１２の内周面と外周面とを貫いて回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２の内外を連通させる排気口４１ａを有する排気流路４１を備える。
【０１１９】
排気口４１ａは、ハイスポットＨＳ’を効率的に冷却できるよう、極力ハイスポットＨＳ’に近接させて配置される。具体的には、排気口４１ａは、隙間Ｄ１の中央に極力寄せて配置したスリーブ１２の内側に位置する開口端と、隙間Ｄ１の側方近傍に極力寄せて配置したスリーブ１２の外側に位置する開口端と、を有する。
【０１２０】
また、排気口４１ａは、スリーブ１２の内周面と外周面とを貫く孔であるが、ケーシング３の内外を連通させることはない。すなわち、排気口４１ａは、ケーシング３の内側から隙間Ｄ２へ冷媒６が流れ込む場合、ケーシング３の内側かつスリーブ１２の外周側へ冷媒６を流し出す。他方、排気口４１ａは、ケーシング３の外側から隙間Ｄ２へ雰囲気Ａが流れ込む場合、ケーシング３の外側かつスリーブ１２の外周側へ雰囲気Ａを流し出す。
【０１２１】
軸シール装置２Ｉは、隙間Ｄ２に流し込んだ流体（冷媒６または雰囲気Ａ）を回転軸５の回転にともなう遠心力によって排気口４１ａから流出させてハイスポットＨＳ’を冷却し、スリーブ１２の曲がりを抑制し、ひいては回転軸５の曲がりを抑制する。
【０１２２】
したがって、本実施形態に係る軸シール装置２Ｉは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【０１２３】
［第１１の実施形態］
本発明に係る発電機の軸シール装置の第１１実施形態について図１６を参照して説明する。
【０１２４】
図１６は、本発明の第１１実施形態に係る軸シール装置を示した断面図である。
【０１２５】
なお、本実施形態において、第４実施形態と共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２６】
図１６に示すように、軸シール装置２Ｊのストッパスリーブ２８Ａは、スリーブ２９と、回転にともなって回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２に雰囲気Ａを流入させる冷却流入孔４２を有する継手部３１Ａと、を備える。
【０１２７】
冷却流入孔４２は、冷却装置３７の冷却翼３８と同様に、回転軸５とともに回転して隙間Ｄ２に向かう流れを生じるものである。冷却流入孔４２は、ストッパスリーブ２８Ａとともにケーシング３の内側にあってもよく、外側にあってもよい。換言すれば、冷却流入孔４２は、ケーシング３の内側に開口するスリーブ１２に冷媒６を流し込んでも良く、ケーシング３の外側に開口するスリーブ１２に雰囲気Ａを流し込んでも良い。
【０１２８】
また、軸シール装置２Ｊのスリーブ１２は、スリーブ１２の内周面と外周面とを貫いて回転軸５とスリーブ１２との隙間Ｄ２の内外を連通させる排気口４１ａを有する。
【０１２９】
排気口４１ａは、ハイスポットＨＳ’を効率的に冷却できるよう、極力ハイスポットＨＳ’に近接させて配置される。具体的には、排気口４１ａは、隙間Ｄ１の中央に極力寄せて配置したスリーブ１２の内側に位置する開口端と、隙間Ｄ１の側方近傍に極力寄せて配置したスリーブ１２の外側に位置する開口端と、を有する。
【０１３０】
また、排気口４１ａは、スリーブ１２の内周面と外周面とを貫く孔であるが、ケーシング３の内外を連通させることはない。すなわち、排気口４１ａは、ケーシング３の内側から隙間Ｄ２へ冷媒６が流れ込む場合、ケーシング３の内側かつスリーブ１２の外周側へ冷媒６を流し出す。他方、排気口４１ａは、ケーシング３の外側から隙間Ｄ２へ雰囲気Ａが流れ込む場合、ケーシング３の外側かつスリーブ１２の外周側へ雰囲気Ａを流し出す。
【０１３１】
軸シール装置２Ｊは、冷却流入孔４２から隙間Ｄ２に流し込んだ流体（冷媒６または雰囲気Ａ）を回転軸５の回転にともなう遠心力によって排気口４１ａから流出させてハイスポットＨＳ’を冷却し、スリーブ１２の曲がりを抑制し、ひいては回転軸５の曲がりを抑制する。
【０１３２】
したがって、本実施形態に係る軸シール装置２Ｊは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを防ぐことができる。
【０１３３】
また、本実施形態に係る軸シール装置２Ｃは、遠心力によるスリーブ１２の変形を抑制してシール機能の信頼性を向上できる。
【０１３４】
このように、本実施形態に係る軸シール装置２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、２Ｊは、回転軸５の振れ回りによって加熱されるハイスポットＨＳ’に起因した回転軸５の曲がりを抑制し、振れ回り振動の増大を防ぎ、発電機１の信頼性を大幅に向上できる。
【０１３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  発電機
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ、２Ｊ  軸シール装置
３  ケーシング
３ａ  開口端部
５  回転軸
６  冷媒
８  回転子
９  固定子
１１  軸受
１２  スリーブ
１３  シールリング
１３ａ  給油孔
１３ｂ  スプリング掛溝
１５  シールケーシング
１５ａ  給油孔
１６  シールスプリング
１６ａ  上半円弧スプリング
１６ｂ  下半円弧スプリング
１６ｃ  端部
１７、１７Ａ、１７Ｂ  スリーブ支持台
１８  シール保持溝
２１  油圧供給装置
２３  加熱部
２５  継手部
２５ａ  通し穴
２６  締結部材
２７  ボルト穴
２８、２８Ａ  ストッパスリーブ
２９  スリーブ
３１、３１Ａ  継手部
３１ａ  通し穴
３２  締結部材
３３  ボルト穴
３５  拡大孔
３７、３７Ａ、３７Ｂ  冷却装置
３８  冷却翼
３９  溝
４１  排気流路
４１ａ  排気口
４２  冷却流入孔
１０１  軸シール装置
１０２  ケーシング
１０３  シールケーシング
１０３ａ  給油孔
１０５  シール保持溝
１０６  シールリング
１０７  シールスプリング
１０８  回転軸
１０９  加熱部
【図１】
2012090397.tif 000003
【図２】
2012090397.tif 000004
【図３】
2012090397.tif 000005
【図４】
2012090397.tif 000006
【図５】
2012090397.tif 000007
【図６】
2012090397.tif 000008
【図７】
2012090397.tif 000009
【図８】
2012090397.tif 000010
【図９】
2012090397.tif 000011
【図１０】
2012090397.tif 000012
【図１１】
2012090397.tif 000013
【図１２】
2012090397.tif 000014
【図１３】
2012090397.tif 000015
【図１４】
2012090397.tif 000016
【図１５】
2012090397.tif 000017
【図１６】
2012090397.tif 000018
【図１７】
2012090397.tif 000019
【図１８】
2012090397.tif 000020
【図１９】
2012090397.tif 000021
【図２０】
2012090397.tif 000022
【図２１】
2012090397.tif 000023