(57)【要約】【課題】冷却流分岐部材を有する発電機及び冷却流を制御する方法を提供する。【解決手段】発電機（２）の外部半径方向流路（５２）内において、ステータコア（１８）の端部部分とステータフランジ（３０）との間に冷却流れ分岐部材（１３４）を配置する。流れ分岐部材（１３４）は、テーパ表面（１６９）を有する本体部分（１６２）を含み、本体部分（１６２）は、外部半径方向流路（５２）内に流入した第１の速度を有する第１の流れ（１３０）を第２の速度を有する第２の流れ（１４２）と第３の速度を有する第３の流れ（１４４）とに分流する。第２の流れ（１４２）は、ステータ（１８）の端部部分の外表面（４６）に沿って導かれ、また第３の流れは、フランジ（３０）に沿って導かれる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（４）と、
前記ロータ（４）の周りに同心に配置されかつ外表面（４６）を備えた少なくとも１つの端部部分を有する複数のスタックラミネーション（２０）を含むステータコア（１８）と、
前記少なくとも１つの端部部分に隣接して取付けられて外部半径方向流路（５２）を形成したステータフランジ（３０）と、
前記外部半径方向流路（５２）内に流入した第１の速度を有する第１の流れ（１３０）を別の速度を有する少なくとも１つの他の流れ（１４２）に転換する表面（１６９）を有する流れ分岐部材（１３４）と、を含み、
前記少なくとも１つの他の流れ（１４２）が、前記ステータコアの端部部分の外表面（４６）及び前記ステータフランジ（３０）の１つに沿って導かれる、
発電機（２）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの他の流れ（１４２）が、第２の速度を有する第２の流れ（１４２）と第３の速度を有する第３の流れ（１４４）とを含み、
前記第２の流れ（１４２）が、前記ステータコア（１８）の端部部分の外表面（４６）に沿って導かれ、また前記第３の流れ（１４４）が、前記ステータフランジ（３０）に沿って導かれる、
請求項１記載の発電機（２）。
【請求項３】
前記流れ分岐部材（１３４）の表面（１６９）が、テーパ表面を含む、請求項２記載の発電機（２）。
【請求項４】
前記テーパ表面が、第１及び第２の傾斜表面（１６９、１７０）を含む、請求項３記載の発電機（２）。
【請求項５】
前記流れ分岐部材（１３４）が、前記第３の流れ（１４４）を前記フランジ（３０）の下部部分（１７８）の周りに案内するデフレクタ部材（１７２）を含む、請求項２記載の発電機（２）。
【請求項６】
前記第２及び第３の速度が、前記第１の速度よりも速い、請求項２乃至５のいずれか1項に記載の発電機（２）。
【請求項７】
前記ステータコア（１８）の端部部分の外表面（４６）と前記流れ分岐部材（１３４）との間で延びる第１の流路（２１０）と、
前記ステータフランジ（３０）と前記流れ分岐部材（１３４）との間で延びる第２の流路（２１２）と、をさらに含み、
前記第２の流れ（１４２）が、前記第１の流路（２１０）内に流入し、また前記第３の流れ（１４４）が、前記第２の流路（２１２）内に流入する、
請求項２記載の発電機（２）。
【請求項８】
前記外部半径方向流路（５２）が第１の有効流れ面積を有し、前記第１の流路（２１０）が第２の有効流れ面積を有し、また前記第２の流路（２１２）が第３の有効流れ面積を有し、
前記第２及び第３の有効流れ面積が、前記第１の有効流れ面積よりも小さい、
請求項７記載の発電機（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の技術に関し、より具体的には、発電機のステータフランジ部分の周りに通気ガスを案内する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プロセスの間に、発電機はまた熱を発生し、この熱は、発電機から放散除去しなければならない。多くの公知の発電機は、この熱を放散させるために流体冷却を使用する。多くの公知の発電機では、この流体は気体（ガス）である。公知のガス冷却式発電機は、ロータ及びステータコアのような様々な構成要素内に設けたダクトを通して冷却ガスを循環させる通気式冷却システムによって冷却される。
【０００３】
幾つかの公知のガス冷却式発電機では、ステータコアは、ステータパンチングとしても公知の磁気ラミネーションの多くの層をスタックすることによって製作される。ラミネーションは、ステータコアの両端部に配置されたステータフランジによって一体に保持される。通気ダクトは、コアスタック内にスペーサ又は内部スペーシングブロックを設けることによって磁気ラミネーションのスタック層の間に形成される。この通路により、冷却ガスがステータコアを通って流れることが可能になる。スペーサは、組立て及び運転時にステータコアをしっかりと保持することを保証しかつステータコアを通る冷却ガスの流れを遮断又は制限するのを回避するような方法で配置される。外部スペーシングブロックは、ステータコアの端部部分に設置され、冷却ガスがスタックラミネーションとステータフランジとの間を流れるのを可能にする通路又は通気ダクトを形成する。
【０００４】
運転時に、ステータフランジは、コイル端から流れる電磁気フラックス及びステータコアから流れた軸方向フラックスの結果発生した熱に曝される。材料の要件により、ステータフランジを曝すことができる最大温度が制限される。ステータフランジにおいて適切な冷却を行わない場合には、隣接する絶縁が機能しなくなり、発電機の機能不良を引き起こすおそれがある。
【特許文献１】米国特許第６，７２７，６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、フランジに発生した熱を冷却媒体内に放散させることができるようなフランジ冷却が必要とされることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様によると、流れ分岐部材を提供する。本流れ分岐部材は、発電機の外部半径方向流路内において、ステータコアの端部部分とステータフランジとの間に配置される。本流れ分岐部材は、外部半径方向流路内に流入する第１の速度を有する第１の流れを別の速度を有する少なくとも１つの他の流れに転換するテーパ表面を含む。少なくとも１つの他の流れは、ステータコアの端部部分の外表面及びステータフランジの少なくとも１つに沿って導かれる。
【０００７】
本発明の別の態様によると、発電機を提供する。本発電機は、ロータと該ロータの周りに同心に配置されたステータコアとを含む。ステータコアは、外表面を備えた少なくとも１つの端部部分を有する複数のスタックラミネーションを含む。本発電機はさらに、スタックラミネーションの少なくとも１つの端部部分に隣接して取付けられて外部半径方向流路を形成するようになったステータフランジを含む。本発電機にはまた、流れ分岐部材が設けられ、該流れ分岐部材は、外部半径方向流路内に流入した第１の速度を有する第１の流れを別の速度を有する少なくとも１つの他の流れに転換するテーパ表面を有する。少なくとも１つの他の流れは、ステータコアの端部部分の外表面及びステータフランジの１つに沿って導かれる。
【０００８】
本発明のさらに別の態様によると、本発明は、ステータフランジと、端部部分を備えたステータコアと、ステータフランジ及びステータコアの端部部分間に配置された流れ分岐部材とを有する発電機の一部分を冷却する方法を提供する。本方法は、第１の速度を有する第１の流れをステータフランジとステータコアの端部部分との間に形成された外部半径方向流路内に導く段階を含む。本方法はさらに、第１の流れを別の速度を有する少なくとも１つの他の流れに転換する流れ分岐部材内に該第１の流れを導く段階を必要とする。他の流れは、ステータの端部分及びステータフランジの少なくとも１つに沿って加速されかつ流れる。
【０００９】
本発明の様々な態様は、発電機のステータフランジ部分のような発電機の一部分に対する冷却の改善を提供する。ステータフランジの温度を低下させることによって、隣接する構成要素の絶縁に有害な影響を与えずに発電機の出力及び全体効率が向上する。いずれにしても、本発明の様々な態様の付加的な目的、特徴及び利点は、幾つかの図において同じ参照番号が対応する部分を指している図面と共に以下の好ましい実施形態の詳細な説明からより簡単に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に図１を参照すると、本発明の１つの態様により構成した発電機を、その全体を参照符号２で示している。発電機２は、複数の冷却ガス（気体）又は通気通路を備えたロータ４を含み、それら通路の１つを参照符号６で示している。ロータ４は、その端部部分１２において軸受１０によって回転可能に支持されたシャフト８の周りで円周方向に延びる。言うまでもなく、シャフト８もまた両端部部分（図示せず）において回転可能に支持されることは容易に理解される筈である。ファン組立体１４は、ロータ４に隣接してシャフト８に取付けられる。ファン組立体１４は、以下により十分に説明するように冷却ガス流（冷却ガス流れ）を発生させる。
【００１１】
発電機２はまた、複数のラミネーションで形成されたステータコア１８を含み、それらラミネーションの２つを参照符号２０及び２１で示している。ラミネーション２０及び２１は、内部半径方向流路又は通気ダクト２６を設定する内部スペーシングブロック（ＩＳＳＢ）（図示せず）によって互いに間隔を置いて配置される。言うまでもなく、ステータコア１８は、付加的な通気ダクト（これも図示せず）を設定する対応する内部スペーシングブロック（図示せず）によって互いに間隔を置いて配置された幾つかのスタックラミネーションを含むことは容易に分かる筈である。
【００１２】
いずれにしても、ステータコア１８はまた、複数のラミネーションをしっかりと保持することを保証するステータフランジ３０を含む。つまり、複数のラミネーションは、フランジ３０と対向するフランジ（図示せず）との間にしっかりとパックされる。この図示した実施形態では、フランジ３０は、第１の端部部分３３、第２の端部部分３４及び中間部分３５を有する本体部分３２を含み、これら部分は、まとまって内表面３８及び外表面４０を形成する。図示するように、フランジ３０はまた、外表面４０からほぼ垂直に外向きに延びる突出部４４を含む。フランジ３０は、外部スペーシングブロック組立体（ＯＳＳＢ）によって最外端部ラミネーション２１の外表面４６から間隔を置いて配置されて、第１の有効流れ面積を有する外部半径方向流路５２を形成するようになっている。
【００１３】
運転中に、ステータコイル端６０からの電磁気フラックスとステータコア１８からの軸方向フラックスとがフランジ３０上に衝突する。フラックスは、大量の熱を発生し、この熱は、ロータ４、ステータコア１８、ステータコイル端６０、ステータフランジ３０及び発電機のその他の構成要素の温度を上昇させる。これらの温度を低下させるために、発電機２には、冷却ガス通気システム６４が設けられる。より具体的には、ファン組立体１４は、ロータ４とステータコア１８との間で長手方向に延びる通路７０を通してガス又は空気ストリームを吸引する。ガスストリームは、ファン組立体１４から高圧高温ガスダクト７２内に流出した後に、ディフューザ７４を通って熱交換器７６内に流入する。第１及び第２の冷却ガスストリーム７８及び７９は、熱交換器７６から発電機２内に戻る。第１の冷却ガスストリーム７８は、低圧低温ガスダクト８０内を流れた後に、ロータ４とシャフト８との間で長手方向に延びる通気通路８４内に流入する。第１の冷却ガスストリーム７８は次に、ロータ４内の通気通路６を通って通路７０内に戻る。
【００１４】
第２の冷却ガスストリーム７９は、第１の冷却流部分９６と第２の冷却流部分９８とに分流する。第１の冷却流部分９６は、ステータコア１８上を流れかつ内部半径方向流路２６を通って流れた後に、通路７０に再流入する。第２の冷却流部分９８は、コイル端ベイ又はチャンバ１０４内に流れてステータコイル端６０を冷却する。より具体的には、コイル端ベイ１０４に流入すると、第２の冷却流部分９８は、バッフル１０８によってステータコイル端６０の周りに導かれる。バッフル１０８により、第２の冷却流部分９８はステータコイル端６０の周りで回り道をしてあらゆる蓄積熱を除去した後に、ファン組立体１４によって吸引して戻される。第２の冷却ガスストリーム７９はまた、第１の速度を有する第３の冷却流部分１３０に分流し、この第３の冷却流部分１３０は、図２に最もよく示すように外部半径方向流路５２内に流れる。
【００１５】
本発明の態様によると、第２の冷却ガスストリーム７９の第３の冷却流部分１３０は、流れ分岐部材１３４に衝突し、この流れ分岐部材１３４は、第３の冷却流部分１３０を第２の速度を有する第１の分岐流部分１４２と第３の速度を有する第２の分岐流部分１４４とに分岐又は分流する。第１の分岐流部分１４２は、ラミネーション２１の外表面４６に沿って流れる一方、第２の分岐流部分１４４は、フランジ３０の内表面３８に沿って流れる。図３に最もよく示しているように、流れ分岐部材１３４は、上部テーパ部分１６６と下部部分１６８とを有する本体部分１６２を含む。上部テーパ部分１６６は、第１及び第２の傾斜又はテーパ表面１６９及び１７０を含む一方、下部部分１６８には、第２の分岐流部分１４４をフランジ３０の先端部分１７８の周りに案内する流れデフレクタ１７２が設けられる。
【００１６】
この図示した実施形態では、流れ分岐部材１３４は、外部スペーシングブロックセグメント１９０を設定する第１及び第２の外部スペーシングブロック部材１８０及び１８４間に配置される。ポイント２００によって定まる軸線の周りに突出した状態で、外部スペーシングブロックセグメント１９０は、外部スペーサブロック組立体５０を形成し、部材１８０及び１８４のような隣接する外部スペーシングブロック部材が、それぞれの外部半径方向流路５２を設定するようになる。この構成の場合には、ステータコア１８とステータフランジ３０との間に外部スペーサブロック組立体５０が配置されると、流れ分岐部材１３４は、ラミネーション２１の外表面４６に沿って延びる第２の有効流れ面積を有する第１の流路２１０と、フランジ３０の内表面３８に沿って延びる第３の有効流れ面積を有する第２の流路２１２とを形成する。
【００１７】
第２及び第３の有効流れ面積の各々は、外部半径方向流路５２の第１の有効流れ面積よりも著しく小さい。このように、第１及び第２の分岐流部分１４２及び１４４の物理的現象は、第３の冷却流部分１３０に対して大幅に変更される。つまり、より小さい有効流れ面積は、第３の流れ部分１３０の第１の速度に比較して第１及び第２の分岐流部分１４２及び１４４の第２及び第３の速度を増大させる。流れ速度の増大は、ステータコア１８と第１の分岐流部分１４２との間及び
フランジ３０と第２の分岐流部分１４４との間の熱伝達を増加させ、温度を大幅に低下させる利点がある。つまり、下部部分１６８及び流れデフレクタ１７２と共に流れ分岐部材１３４を設けることは、ステータフランジ３０における温度を６０℃又はそれ以上ほども低下させることになることが、実証された。
【００１８】
本発明の図示した態様に関連して説明しているが、本発明に対してその技術思想から逸脱することなく様々な変更及び／又は修正を加えることができることは容易に理解される筈である。例えば、本発明に関連して使用したステータフランジは、様々な形状及び寸法を有する他のステータフランジで容易に置き換えることができる。加えて、流れ分岐部材１３４の全体形状及びジオメトリは、容易に変更することができる。一般的に、本発明は、提出した特許請求の範囲の技術的範囲によってのみ限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の態様により構成したガス冷却式発電機の端部部分の部分断面側面図。
【図２】図１のガス冷却式発電機のステータフランジ部分の断面平面図。
【図３】本発明の態様により構成した分岐部材の上部左側斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
２  発電機
４  ロータ
６  通気通路（６）
８  シャフト（ロータ）
１０  軸受
１２  端部部分（８）
１４  ファン組立体
１８  ステータコア
２０  ステータラミネーション
２１  ステータラミネーション
２６  内部半径方向流路（通気ダクト）
３０  ステータフランジ
３２  本体部分（３０）
３３  第１の端部部分（３０）
３４  第２の端部部分（３０）
３５  中間部分（３０）
３８  内表面（３０）
４０  外表面（３０）
４４  突出部（３０）
４６  外表面（２１）
５０  ＯＳＳＢ
５２  外部半径方向流路
６０  ステータコイル端
６４  冷却ガス通気システム
７０  通路
７２  高圧高温ガスダクト
７４  ディフューザ
７６  熱交換器
７８  第１の冷却ガスストリーム
７９  第２の冷却ガスストリーム
８０  低圧低温ガスダクト
８４  通気通路
９６  第１の冷却流部分（７９）
９８  第２の冷却流部分（７９）
１０４  コイル端ベイ／チャンバ
１０８  バッフル
１３０  第３の冷却流部分（７９）
１３４  流れ分岐部材
１４２  第１の分岐流部分
１４4   第2の分岐流部分
１６２  本体部分（１３４）
１６６  上部テーパ部分
１６８  下部部分
１６９  第１のテーパ／傾斜表面（１６６）
１７０  第2のテーパ／傾斜表面（１６６）
１７２  流れデフレクタ
１７８  先端部分（３０）
１８０  第１のバー／支持体
１８４  第２のバー／支持体
１９０  外部スペーシングブロックセグメント
２００  回転のポイント
２１０  第１の流路
２１２  第２の流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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