JP2005240691A

JP2005240691A - 軸受カバー

Info

Publication number: JP2005240691A
Application number: JP2004052162A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 剛士中村; Hitoshi Morimoto; 仁志森本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-26
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】簡単な構成で、タービン運転中の圧力損失を低減し、潤滑油ミストを効率よく回収することが可能な軸受カバーを提供する。
【解決手段】略同心円状に配置されたタービン軸３と軸受カバー５との間のキャビティ部Ｃでは、タービン軸３が矢印方向に回転することに伴い、キャビティ部Ｃ内の空気が同方向に旋回する。そこで、これに合わせてバキュームダクト１０を空気旋回方向と同方向に傾斜させて取り付ける構成としている。これにより、キャビティ部Ｃ内の空気がバキュームダクト１０内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受４より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスタービンのタービン軸を支持する軸受のカバーに関するものである。

従来より、ガスタービンのタービン軸を支持する軸受の、軸方向両側のキャビティ部は、軸受カバー上半部より略垂直上方に延びるバキュームダクトを介して、油タンクを経てベーパファンに連結されている。そして、このベーパファンによりキャビティ部が常時負圧に保たれ、軸受で発生した潤滑油ミストがバキュームダクトを通って、油タンクに回収されるようになっている。なお、ミストにならなかった潤滑油滴は、別途、キャビティ部からドレンに溜められる。

その他、ガスタービンの最終段から排出される高温排気ガスの、排気側軸受部への流入を防止する軸シール用空気供給装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。具体的には、タービン最終段よりディフューザ入口に流入する高温排気ガスの圧力より高い圧力の空気を、キャビティ部へ供給するため、圧縮空気を発生させる軸シールブロワ、及び軸シールブロワからキャビティ部へ圧縮空気を送る軸シール空気管を設けた構成としている。
特開平９−６０５３２号公報

しかしながら、上述したような従来の構成においては、ガスタービン運転中にタービン軸の回転の影響により、キャビティ内の空気が旋回するので、これにより圧力損失が生じ、潤滑油ミストがバキュームダクトから十分に回収されないといった不具合が生じる場合がある。潤滑油ミストが十分に回収されない場合、これが高温のタービン側へ漏出すると、燃焼して悪影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、このような問題点に鑑み、簡単な構成で、タービン運転中の圧力損失を低減し、潤滑油ミストを効率よく回収することが可能な軸受カバーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、タービン軸を支持する軸受に嵌設され、そのタービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーであって、前記タービン軸の回転時に前記軸受で発生した潤滑油ミストを、前記キャビティ部の空気と共に排出するダクトを備えた軸受カバーにおいて、前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気のその旋回方向と同方向に傾斜して、前記ダクトが取り付けられていることを特徴とする。また、前記ダクトが取り付けられる前記軸受カバーの開口部が、前記旋回方向と同方向に傾斜して開けられていることを特徴とする。

或いは、タービン軸を支持する軸受に嵌設され、そのタービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーであって、前記タービン軸の回転時に前記軸受で発生した潤滑油ミストを、前記キャビティ部の空気と共に排出するダクトを備えた軸受カバーにおいて、前記ダクトが取り付けられる前記軸受カバーの開口部が、前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気のその旋回方向と同方向に傾斜して開けられていることを特徴とする。また、前記開口部の前記旋回方向上流側の面のみ、その旋回方向と同方向に傾斜していることを特徴とする。

また、前記傾斜方向は、自由渦理論より求められる前記軸受カバー内周における空気旋回速度と、その軸受カバー半径方向の空気流出速度とが合成されて決まる空気の流れ方向に沿った方向であることを特徴とする。

その他、タービン軸を支持する軸受に嵌設され、そのタービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーにおいて、前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気のその旋回方向と同方向に傾斜して、前記軸受をシールするシール空気が前記キャビティ部内に吹き付けられることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で、タービン運転中の圧力損失を低減し、潤滑油ミストを効率よく回収することが可能な軸受カバーを提供することができる。

具体的には、タービン軸の回転に伴い旋回するキャビティ部内の空気のその旋回方向と同方向に傾斜して、ダクトが取り付けられている構成とすることにより、キャビティ部内の空気がダクト内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。

また、ダクトが取り付けられる軸受カバーの開口部が、タービン軸の回転に伴い旋回するキャビティ部内の空気のその旋回方向と同方向に傾斜して開けられている構成とすることにより、上記に近い効果で、キャビティ部内の空気がバキュームダクト内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。しかも、配管が簡単になり、作業スペースを確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の軸受カバーが適用されるガスタービン後部のキャビティ部を示す縦断面図である。同図において、ガスタービンＧＴは、最終段ディスク１の周縁に最終段ブレード１ａが植設されている。最終段ブレード１ａの後方には、これと隙間を設けて、円環状の横断面形状をしたディフューザ２が配設されている。

一方、ディフューザ２の内周側空所には、タービン軸３を支持する軸受４を取り囲むようにして、軸受カバー５が嵌設されている。軸受カバー５は、その外周面より外側へ放射状に延びるストラットＳにより、図示しない車室ケーシングに連結支持されている。また軸受カバー５前部には、後側より順に軸受油切り６，シールリング７，前端シールリング８がタービン軸３の周りに配設されている。

また、シールリング７上部より略垂直上方に延びた後に後方へ延びる９は、シールリング７にシールエアを供給するシール空気供給パイプである。そして、軸受４，軸受油切り６間より略垂直上方に延びた後に後方へ延びる１０は、シールリング７及び軸受油切り６を介して流入するシールエアを、タービン軸３の潤滑支持時にタービン側に飛散する潤滑油ミストと共に排出するバキュームダクトである。さらに、軸受４後方より略垂直上方に延びた後に後方へ延びる１１は、タービン軸３の潤滑支持時に排気側に飛散する潤滑油ミストを排出するバキュームダクトである。

これらシール空気供給パイプ及びバキュームダクトは、同図では矢印により模式的に示している。また、バキュームダクト１０，１１の他端は、図示しない油タンクを経て図示しないベーパファンに連結されている。そして、このベーパファンにより軸受カバー５のキャビティ部Ｃが常時負圧に保たれ、軸受４で発生した潤滑油ミストがキャビティ部Ｃから各バキュームダクトを通って、油タンクに回収されるようになっている。

図２は、本発明の実施例１に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＡＡ断面図である。同図において、略同心円状に配置されたタービン軸３と軸受カバー５との間のキャビティ部Ｃでは、タービン軸３が矢印方向に回転することに伴い、キャビティ部Ｃ内の空気が同方向に旋回する。そこで、これに合わせてバキュームダクト１０を空気旋回方向と同方向に傾斜させて取り付ける構成としている。

これにより、キャビティ部Ｃ内の空気がバキュームダクト１０内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受４より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。なお、バキュームダクト１０が取り付けられる軸受カバー５の開口部５ａも、バキュームダクト１０の傾斜と同方向に傾斜させて開けられる。この場合、開口部５ａは軸受カバー５の鋳造時に開くようにしておくか、或いは鋳造後にキリ等で開けるかの何れでも良い。

また、バキュームダクト１０の傾斜角度は、ダクト取付部における軸受カバー５の内周接線方向との成す所定の角度θとしている。この角度θの決定方法については後述する。その他、本実施例の構成は、図１のＤＤ断面で表されるバキュームダクト１１の取付部についても同様に適用可能である。また、開口部５ａの孔形状は、円に限らず四角形，楕円形等、配管に適した様々な形状として良い。ちなみに、バキュームダクト１１については、そのタービン軸方向後側で軸受カバー５の内周面に、タービン全周に渡って図１に示すようにリブ５ｅを設けると、これにより潤滑油ミストを堰き止めて効率よく集めることができる。

図３は、本発明の実施例２に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＡＡ断面図である。同図に示すように、本実施例では、バキュームダクト１０は垂直のままで、バキュームダクト１０が取り付けられる軸受カバー５の開口部５ａのみ、キャビティ部Ｃ内の空気の旋回に合わせて、旋回方向と同方向に傾斜させて開ける構成としている。

これにより、実施例１に近い効果で、キャビティ部Ｃ内の空気がバキュームダクト１０内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受４より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。しかも、配管が簡単になり、作業スペースを確保することができる。なお、開口部５ａは軸受カバー５の鋳造時に開くようにしておくか、或いは鋳造後にキリ等で開けるかの何れでも良い。また、圧力損失低減の効果を更に高めるため、開口部５ａの空気旋回方向上流側の面５ａａを更に傾斜させるように削ったり、Ｒ面取りを施したりしても良い。

また、開口部５ａの傾斜角度は、ダクト取付部における軸受カバー５の内周接線方向との成す所定の角度θとしている。この角度θの決定方法については後述する。その他、本実施例の構成は、図１のＤＤ断面で表されるバキュームダクト１１の取付部についても同様に適用可能である。また、開口部５ａの孔形状は、円に限らず四角形，楕円形等、配管に適した様々な形状として良い。

図４は、本発明の実施例３に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＡＡ断面図である。同図に示すように、本実施例では、バキュームダクト１０は垂直のままで、バキュームダクト１０が取り付けられる軸受カバー５の開口部５ａの空気旋回方向上流側の面５ａａのみ、キャビティ部Ｃ内の空気の旋回に合わせて、旋回方向と同方向に傾斜させて開ける構成としている。

これにより、実施例２に近い効果で、キャビティ部Ｃ内の空気がバキュームダクト１０内に吸い込まれやすくなり、圧力損失が低減されて、軸受４より飛散する潤滑油ミストを効率よく回収することが可能となる。しかも、配管が簡単になり、作業スペースを確保することができるとともに、加工が簡単になり、コストを抑えることができる。なお、開口部５ａは軸受カバー５の鋳造時に開くようにしておくか、或いは鋳造後にキリ等で開けてから面５ａａを削るかの何れでも良い。

また、面５ａａの傾斜角度は、ダクト取付部における軸受カバー５の内周接線方向との成す所定の角度θとしている。この角度θの決定方法については後述する。但し、この角度θにこだわらず、面５ａａを更に傾斜させるように削ったり、Ｒ面取りを施したりしても良いし、更には空気旋回方向下流側の面を逆方向に傾斜させるように削り、開口部５ａの間口を広げるようにしても良い。

加えて、タービン軸方向前後の面を削って、開口部５ａの間口を更に広げるようにしても良い。このとき、図８に縦断面図で示すように、軸受カバー５内周面のタービン全周にリング状の溝５ｄを設け、これのタービン軸方向前後に面取りを施すようにすれば、潤滑油ミストを更に効率よく集められるので尚良い。その他、本実施例の構成は、図１のＤＤ断面で表されるバキュームダクト１１の取付部についても同様に適用可能である。また、開口部５ａの孔形状は、円に限らず四角形，楕円形等、配管に適した様々な形状として良い。

図５は、本発明の実施例４に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＣＣ断面図である。同図に示すように、本実施例では、上記シールリング７，前端シールリング８間における、軸受カバー５の上半部に開けられる大気開放孔５ｂを、キャビティ部Ｃ内の空気の旋回に合わせて、旋回方向と同方向に傾斜させて開ける構成としている。

これにより、実施例２と同様にして、キャビティ部Ｃ内の空気が大気開放孔５ｂから外部に放出されやすくなるので、圧力損失が低減され、大気開放孔５ｂの開口面積を小さくすることができ、軸受カバー４のコンパクト化が可能となる。なお、大気開放孔５ｂは軸受カバー５の鋳造時に開くようにしておくか、或いは鋳造後に開けるかの何れでも良い。

また、大気開放孔５ｂの傾斜角度は、その位置における軸受カバー５の内周接線方向との成す所定の角度θとしている。この角度θの決定方法については上記開口部５ａの場合に準じる。また、圧力損失低減の効果を更に高めるため、大気開放孔５ｂの空気旋回方向上流側の面５ｂａを更に傾斜させるように削ったり、Ｒ面取りを施したりしても良い。また、大気開放孔５ｂの孔形状は、円や四角形，楕円形等、様々な形状として良い。

図６は、本発明の実施例５に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＣＣ断面図である。同図に示すように、本実施例では、上記シールリング７，前端シールリング８間における、軸受カバー５の上半部に開けられる大気開放孔５ｂの空気旋回方向上流側の面５ｂａのみ、キャビティ部Ｃ内の空気の旋回に合わせて、旋回方向と同方向に傾斜させて開ける構成としている。

これにより、実施例４に近い効果で、キャビティ部Ｃ内の空気が大気開放孔５ｂから外部に放出されやすくなるので、圧力損失が低減され、大気開放孔５ｂの開口面積を小さくすることができ、軸受カバー４のコンパクト化が可能となる。しかも、加工が簡単になり、コストを抑えることができる。なお、大気開放孔５ｂは軸受カバー５の鋳造時に開くようにしておくか、或いは鋳造後に開けるかの何れでも良い。

また、面５ｂａの傾斜角度は、その位置における軸受カバー５の内周接線方向との成す所定の角度θとしている。この角度θの決定方法については上記開口部５ａの面５ａａの場合に準じる。但し、この角度θにこだわらず、面５ｂａを更に傾斜させるように削ったり、Ｒ面取りを施したりしても良いし、更には空気旋回方向下流側の面を逆方向に傾斜させるように削り、大気開放孔５ｂの間口を広げるようにしても良い。加えて、タービン軸方向前後の面を削って、大気開放孔５ｂの間口を更に広げるようにしても良い。また、大気開放孔５ｂの孔形状は、円や四角形，楕円形等、様々な形状として良い。

図７は、本発明の実施例６に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図であり、図１のＢＢ断面図である。同図において、略同心円状に配置されたタービン軸３と軸受カバー５との間のキャビティ部Ｃでは、実施例１で説明した場合と同様にして、タービン軸３が矢印Ａ方向に回転することに伴い、キャビティ部Ｃ内の空気が同方向に旋回する。そこで、これに合わせてシール空気供給パイプ９からのシール空気を、旋回方向と同方向に傾斜させて軸受カバー５内周より吹き出す構成としている。

具体的には、軸受カバー５内周側にリング状の空洞であるバッファ５ｃを設け、ここにシール空気を一旦溜め込んで、その内周面に全周に渡って多数開けられた図示しない吹き出し孔より、矢印Ｂのように吹き出す構成である。このとき、吹き出すシール空気とタービン軸３との相対周速度がゼロに近づくようにする。これにより、シール空気がタービン軸３に吹き付けられることによる動力損失が低減される。なお、同図ではシール空気供給パイプ９を矢印により模式的に示している。

さて、上記所定の角度θを決定する方法を以下に述べる。表１は、軸受のタービン側及び排気側のキャビティ部における、タービン軸の回転と空気旋回との関係を示す表である。また図９は、タービン軸の回転及び空気旋回の各速度の関係をベクトルで表したものであり、同図（ａ）はタービン側の状態、同図（ｂ）は排気側の状態、同図（ｃ）は開口部における空気の流れ角度をそれぞれ示している。

これらの図表において、ｕ１はタービン軸３外周における空気旋回速度、ｕ２は軸受カバー５内周における空気旋回速度、ｖは軸受カバー５半径方向の空気流出速度である。そして、空気旋回速度ｕ２と空気流出速度ｖとが合成されて、空気の流れ方向が決まり、空気の流れ角度θが導き出される。

これらの図表で示されるように、従来のガスタービンの実績より、空気の旋回速度をタービン軸周速の１／２〜１／３とし（すべり状態）、いわゆる自由渦理論の仮定（流線が同心円となり、速度が半径に逆比例する）に当てはめると、空気の流れ角度に沿ったダクト或いは開口部の傾き角度θは、タービン側で３５〜４８deg、排気側で２３〜３４deg程度とするのが理想であることが分かる。

本発明の軸受カバーが適用されるガスタービン後部のキャビティ部を示す縦断面図。本発明の実施例１に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。本発明の実施例２に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。本発明の実施例３に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。本発明の実施例４に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。本発明の実施例５に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。本発明の実施例６に係る軸受カバーの構造を模式的に示す図。軸受カバー内周面のタービン全周に設けたリング状の溝を示す図。タービン軸の回転及び空気旋回の各速度の関係をベクトルで表した図。

符号の説明

１最終段ディスク
２ディフューザ
３タービン軸
４軸受
５軸受カバー
６軸受油切り
７シールリング
８前端シールリング
９シール空気供給パイプ
１０バキュームダクト
１１バキュームダクト
Ｓストラット
ＧＴガスタービン

Claims

タービン軸を支持する軸受に嵌設され、該タービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーであって、
前記タービン軸の回転時に前記軸受で発生した潤滑油ミストを、前記キャビティ部の空気と共に排出するダクトを備えた軸受カバーにおいて、
前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気の該旋回方向と同方向に傾斜して、前記ダクトが取り付けられていることを特徴とする軸受カバー。
前記ダクトが取り付けられる前記軸受カバーの開口部が、前記旋回方向と同方向に傾斜して開けられていることを特徴とする請求項１に記載の軸受カバー。
タービン軸を支持する軸受に嵌設され、該タービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーであって、
前記タービン軸の回転時に前記軸受で発生した潤滑油ミストを、前記キャビティ部の空気と共に排出するダクトを備えた軸受カバーにおいて、
前記ダクトが取り付けられる前記軸受カバーの開口部が、前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気の該旋回方向と同方向に傾斜して開けられていることを特徴とする軸受カバー。
前記開口部の前記旋回方向上流側の面のみ、該旋回方向と同方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の軸受カバー。
前記傾斜方向は、自由渦理論より求められる前記軸受カバー内周における空気旋回速度と、該軸受カバー半径方向の空気流出速度とが合成されて決まる空気の流れ方向に沿った方向であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の軸受カバー。
タービン軸を支持する軸受に嵌設され、該タービン軸との間にキャビティ部を形成する軸受カバーにおいて、
前記タービン軸の回転に伴い旋回する前記キャビティ部内の空気の該旋回方向と同方向に傾斜して、前記軸受をシールするシール空気が前記キャビティ部内に吹き付けられることを特徴とする軸受カバー。