(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子コイルの振動抑制装置であって、
固定子に装着したコイル支持ブレースと、
コイルとコイル支持ブレースとの間に圧縮状態で配置した押しブロックと、
押しブロックとコイル支持ブレースとの間に介在させてコイルの特性振動数を調整する第１のばねと、
押しブロックの一方の端部に隣接して配置し、コイルとコイル支持ブレースとの間に配設した第１の支持リングと、
コイル支持ブレースと第１の支持リングとの間に介在させた第２のばねとよりなる振動抑制装置。
【請求項２】
第２のばねは円錐形である請求項１の装置。
【請求項３】
さらに、押しブロックの底面とコイル支持ブレースの頂面との間にギャッを画定する請求項１の装置。
【請求項４】
さらに、コイルと押しブロックとの間に配置した間挿材を含む請求項１の装置。
【請求項５】
第１のばねを押しブロックの空所とコイル支持ブレースの空洞部との間に圧縮状態で配置した請求項１の装置。
【請求項６】
第１のばねはリップルばねよりなる請求項１の装置。
【請求項７】
押しブロックとコイルとの間に位置する、間挿材キャップ部材と、圧縮可能な材料の第３の層とをさらに含む請求項４の装置。
【請求項８】
さらに、コイルと押しブロックとの間に配置した第２の支持リングと、コイル支持ブレースと第２の支持リングとの間に介在させた第３のばねとよりなり、第１及び第２の支持リングが押しブロックの両側に位置する請求項１の装置。
【請求項９】
リップルばねはコイル支持ブレースの空洞部内に配置され、コイル支持ブレースの縦方向両端部上にあってリップルばねを空洞部内に維持する停止部材をさらに含む請求項６の装置。
【請求項１０】
空洞部の縦方向両端部にあって、空洞部を横方向に延びるピンをさらに含み、これらのピンが押しブロック両端部のリップの上方に取付けられて押しブロックが空洞部から外へ移動しないようにする請求項９の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、固定子コイルの特性振動数を、コイルを固着する回転電機の動作振動数よりも充分に高い値に維持して、破壊を生じる可能性のある振動の発生を回避させる振動抑制装置に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題
タービン発電機のような回転電機では、固定子コイルは、特性固有振動数で振動する傾向のある、同一で、ほとんど機械的な物体よりなる。この特性振動数が回転電機の運転時にコイルに伝達される振動の入力振動数に近い場合、破壊を生じる可能性のある振動がコイルに発生し易い。この振動は、コイルの寿命を縮め、早い時期に故障を発生させる。コイルが故障すると発電機が損傷し、コストが高くつく運転停止に追い込まれたり、高コストになり易いコイル交換作業が必要となることがある。
従来、固定子コイルには、コイル支持ブレース、シム及びコイル支持ブラケットにより圧縮荷重をかける。コイル支持ブレースは、固定子コイルの支持体として働く。コイル支持ブラケットは、固定子コアに固着する。このため、コイル支持ブレースを、コイル支持ブラケットから離れる方向に、端部コイルに対して押し付ける。その後、コイル支持ブレースとコイル支持ブラケットの間に、コイル支持ブレースがコイルに対して依然として押し付けられた状態で、シムを挿入する。その後で、その押し付け力を解放しても、コイル支持ブレースは、依然として、シムによりコイルに押し付けられている。コイルに対するこの押し付け力は、コイルの特性振動数を、コイルを固着する装置の固有動作振動数から外れるように増加させる作用がある。
しかしながら、残念なことに、回転電機の運転時、コイル支持ブラケットはコイル支持ブレースから離れる方向に移動する。この移動は、コイル支持ブラケットを固着する固定子が収縮するために起こる。固定子コアが運転中に収縮すると、コイル支持ブラケットがコイルから離れる方向に移動し、その結果、コイル支持ブレースからコイルへ伝達される圧縮力が減少する。この力の減少により、コイルの特性振動数が減少し、場合によっては、装置の共振振動数に近い値となる。叙上のように、この状態が発生すると、過大な振動により、コイルが故障する可能性が、時間が経過するにすれて、高くなる。コイルに大きな力を継続して印加できれば、コイルの特性振動数が装置の固有振動数に接近することはない。加えて、振動数を装置の固有振動数よりも充分に高い値に維持することができれば、コイルの寿命が延び、故障の可能性を最小限に抑えることができる。
かくして、従来技術には、コイルを固着する装置の運転時に、固定子コイルの特性振動数を、装置の固有振動数から離れた値に維持するための振動抑制装置を備えたシステムが長い間要望されていることが明らかである。
課題を解決するための手段
従って、本発明の目的は、固定子コイルの特性振動数を、コイルを固着する装置の固有振動数から離れた値に維持することにより、コイルの振動を最小限に抑えて、その寿命を延長させ、コイルの故障を回避する振動抑制装置を提供することにある。
上記及び他の目的を達成するため、本発明による回転電機の固定子コイル振動抑制装置は、ステータに取付けたコイル支持ブレース、コイルとコイル支持ブレースとの間に配置した押しブロック、及び押しブロックとコイル支持ブレースとの間に介在させて固定子コイルの特性振動数を調整する制御手段を含む。
本発明の別の局面によると、固定子コイルの振動抑制装置は、ステータに固定したコイル支持ブラケット、コイル支持ブラケット上にそのブラケットとの間にシムを介在させて取付けたコイル支持ブレース、コイル支持ブレースとコイルとの間に圧縮状態で配置した押しブロック、押しブロックとコイルとの間に圧縮状態で配置した間挿材、押しブロックとコイル支持ブレースとの間に介在してコイルの特性振動数を調整するばねを含む。
本発明のさらに別の局面によると、このばねをリップルばね（ripple spring）で構成する。リップルばねは、コイル支持ブレースの空洞部内に配置し、コイルの特性振動数を調整するために押しブロックを介して力をコイルへ伝達する。
上記及び他の種々の利点並びに本発明の新規な特徴は、本明細書の一部である特許請求の範囲に詳しく記載されている。しかしながら、本発明及びその利点並びにその利用目的をさらによく理解するためには、本願の一部を形成する添付図面及び本発明の好ましい実施例を説明する本明細書の記載を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好ましい実施例に従って構成した固定子コイルの振動抑制装置の略図である。
図２は、図１の実施例の振動抑制機構を概略的に示す横断面図である。
図３は、本発明の第２の好ましい実施例に従って構成した固定子コイルの振動抑制装置の略図である。
図４は、図３の線４−４に沿う横断面図である。
図５は、本発明の第３の好ましい実施例に従って構成した固定子コイルの振動抑制装置の略図である。
図６は、図５の線５−５に沿う横断面図である。
発明の実施の形態
図面全体に亘り同一参照数字が同一または対応構成要素を指示する図面、特に図１及び３を参照して、発電機のような回転電機の固定子６０のコイル１４のための振動抑制装置１０は、従来の態様で固定子６０に装着したコイル支持ブレース１２、コイル１４とコイル支持ブレース１２との間に配置した押しブロック１８、押しブロック１８とコイル支持ブレース１２との間に介在させた固定子コイル１４の特性振動数を調整する制御機構１６を含む。
図１及び３から分かるように、コイル支持ブレース１２と、固定子６０に固着したコイル支持ブラケット５８との間には、ガラスシム（glass shim）５６を配置するのが好ましい。ガラスシム５６は、ばね５０を含む圧縮ばね組立体の着脱時に取り外す。叙上のように、また当該技術分野で知られているように、ガラスシム５６の機能は、コイル１４に力を印加してその特性振動数を増加させることである。
好ましい実施例によると、制御機構１６は、押しブロック１８と、コイル支持ブレース１２との間に配置される少なくとも１つのばね３９を含む。図１及び２に示す実施例では、これらのばね３９は円錐ばね（conical spring）である。図１及び２に示すように、ばね３９は、押しブロック１８内に画定された下向きの空所２２と、コイル支持ブレース１２内に画定される対応の空洞部２４とにより部分的に画定された空間内に配置されている。ばね３９を押しブロック１８の空所内に延びるように配置するのはでなくて、押しブロック１８の表面上に押し付けるように配置する別の方法もある。
図２からも明らかなように、制御機構１６はさらに、押しブロック１８から円錐ばね３９の中空コアを下方に貫通し、コイル支持ブレース１２内に画定された空洞部２４の底面４０に接触するピン３６を有する。ピン３６の上部は、好ましくは、押しブロック１８に接合されるが、押しブロック１８に形成した固着用環状部４２内に延びて、ピン３６と押しブロック１８との間の機械的結合を強固にするようにしてもよい。
さらに図２から分かるように、押しブロック１８と、コイル支持ブレース１２との間には、ギャップ２８が画定される。空所２２及び空洞部２４により画定される空間の垂直方向寸法に対するギャップ２８の寸法と、押しピン３６の長さとは、ばね３９の圧縮力に抗して許容される下方向のたわみの大きさを決定する。ばね３９により押しブロック１８を介して固定子コイル１４へ印加される圧縮力の大きさは、ばね３９の数及び特性に依存する。
コイル１４を動作状態におく前に、取付け具（図示せず）を用いてコイル支持ブレース１２をコイル１４の方へ圧縮する。次いで、コイル支持ブレース１２とコイル支持ブラケット５８との間にシム５６を挿入する。叙上のように、運転時、固定子６０が収縮して、コイル支持ブラケット５８とコイル支持ブレース１２をコイル１４から離れる方向に引っ張る傾向がある。振動抑制装置１０がない場合、コイル支持ブレース１２がコイル１４から離れるにつれて、このコイルにかかる力が減少するため、コイルの特性振動振動数も減少する。振動抑制装置１０は、この圧縮力の減少を防止するか、または力の減少を最小限に抑えるように作用して、コイル１４の特性振動数がコイル１４を固着する回転電機（図示せず）の動作振動数よりも高い値に維持されるようにする。コイル支持ブラケット５８と、コイル支持ブレース１２とがコイル１４から離れる方向に移動するにつれて、圧縮状態のばね３９が伸張し、力を押しブロック１８に印加する。この押しブロック１８が、この力をコイル１４へ伝達する。この力がコイル１４に印加されると、コイルの特性振動数が動作振動数よりも高い値に維持される。
振動抑制装置１０はまた、押しブロック１８とコイル１４との間に配置する間挿材４６、４８、押しブロック１８に取付ける間挿キャップ部材５２、押しブロック１８と間挿キャップ部材５２との間に配置する間挿材の第３の層６４を含むことがある。図１、３−４に示すように、これらの間挿材４６、４８、間挿キャップ部材５２、間挿材の第３の層６４は、押しブロック１８により印加される力をコイル１４へ伝達する働きがある。間挿材４６、４８は、間挿材の第１の層４６及び第２の層４８よりなる。間挿材の第１の層４６は、「Dacron」のフェルトまたは同様な材料で作るのが好ましい。これとは対照的に、間挿材の第２の層４８は、「Dacron」のフェルトにゴムの基材を設けたものであり、ゴム側をコイル１４に近いほうに配置する。間挿材の第３の層もまた、「Dacron」のフェルトまたは同様な材料で作ってもよい。
図３及び４は本発明の第２の実施例を示す。図３及び４から分かるように、ばね３９は、押しブロック１８とコイル支持ブレース１２との間に配置するリップル形のばねで構成してもよい。このリップルばね５０は、好ましくは成形エポキシまたはガラス繊維のいずれかで形成する。この実施例のコイル支持ブレース１２の空洞部２４は、コイル支持ブレース１２を長さ方向に延びるチャンネルよりなる。リップルばね３９は、このチャンネル形空洞部２４の内部に配置する。
図３及び４に示すように、この第２の実施例の装置１０は、押しブロック１８の両端のリップ７０の上方に配置した押しブロックピン６６と、コイル支持ブレース１２の空洞部２４の両側に設けた停止部材６８とを備えるようにしてもよい。この実施例の押しブロック１８は、これらのピン６６により空洞部２４内における移動が制限される。さらに詳説すると、ピン６６は押しブロック１８の端部のリップ７０の上方で空洞部２４に固着されており、そのため、押しブロック１８の上方向への移動が制限される。
図３及び４に示すように、押しブロックの停止部材６８は押しブロック１８の両側に設けてある。このため停止部材６８は、リップルばね３９が空洞部２４から外へ移動しないようにする。
第２の実施例は、第１の実施例と作動が同じである。装置１０を組み立てた状態で、リップルばね３９は空洞部２４内で圧縮状態にある。固定子６０が運転中に収縮すると、コイル支持ブラケット５８と、コイル支持ブレース１２とがコイル１４から離れる方向へ移動するため、リップルばね３９が押しブロック１８に対して力を印加し、この力が間挿材の層４６、４８、６４及び間挿キャップ部材５２を介してコイル１４へ伝達される。この力がコイル１４へ伝達されると、コイル１４の振動数は、コイルを固着した装置の動作振動数よりも高い値に維持される。
図５及び６は、本発明の第３の好ましい実施例を示す。この実施例の振動抑制装置１０は支持リング７２を含むが、支持バンド７４を具備するようにしてもよい。支持リング７２及び支持バンド７４は当該技術分野において公知である。本発明は特にこれらに係るものではなくて、これらを制御機構１６と共に用いてコイル１４の振動を最小限に抑える方法に関する。
当該技術分野において知られているように、支持リング７２は支持バンド７４によりコイル１４に締結することができる。さらに詳細には、支持バンド７４をコイル１４と支持リング７２との周りに円周方向に数層にも巻き付ける。支持バンド７４はエポキシを含浸させたガラス複合材織物で作るのが好ましいため、支持バンド７４をそれ自体に固着して手で強く締める。支持リング７２及び支持バンド７４の構造は当該技術分野においてよく知られているため、本明細書ではこれ以上の説明を省略する。
叙上のように、固定子６０はそれを取付けた回転電機の運転時に収縮する。固定子６０が収縮すると、叙上のように、コイル支持ブレース１２が固定子６０と共に移動し、コイル１４にかかる圧力が減少する。その結果、コイル１４の振動によりそれらの特性振動数が増減する。
振動を最小限に抑えるために、本発明のこの実施例では、支持リング７２と支持ブレース１２との間に制御機構１６と押しブロック１８とを配置する。制御機構１６は、１または２個以上のばね３９を含むのが好ましい。これらのばね３９は、好ましくは円錐ばねである。これらのばねは、「Belleville」型ガラス繊維のばね座金でよい。好ましい実施例に示すように、２つのばね３９をコイル支持ブレース１２と押しブロック１８との間に分散させる。当業者であれば理解できるように、この装置に用いるばね３９の数は必要な力を供給するように変えることができる。当業者には明らかなように、別法として、ばね３９により印加される力をばね３９の相互の方向を変化させることによって変えることができる。
これらのばね３９は、押しブロック１８と、支持リング７２との間で圧縮状態に置かれる。叙上のように、コイル支持ブレース１２がコイル１４から離れる方向に移動すると、ばね３９がコイル１４とコイル支持ブレース１２とへ力を印加する。ばね３９により印加されるこの力により、固定子６０及びコイル支持ブレース１２の移動により生じるコイル１４の振動が最小限に抑えられ、その結果、コイル１４の特性振動数が維持される。
図５に示すように、支持機構１６はさらに、保持ピン７８を備えるようにしてもよい。保持ピン７８は、好ましくは、接着剤または同様な固着法により押しブロック１８の開口８０に固定する。保持ピン７８は、押しブロック１８のこの開口８０から円錐形のばね３９の中央部を貫通してコイル支持ブレース１２の開口８２内へ延びる。運転時、この保持ピンがばね３９の移動を最小限に抑えて、ばねがコイル支持ブレース１２と押しブロック１８との間の定位置に保持されるようにする。
しかしながら、以上において、本発明の多数の特徴及び利点を本発明装置の構造及び機能の詳細と共に説明したが、これらの記載は例示の目的をもつものに過ぎない。本願発明の原理から逸脱することなく特に部品の形状、寸法及び配置の詳細を変更させることが可能であり、本願発明は後記の請求の範囲に記載された用語の広い一般的な意味において解釈されるべきである。
【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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