JP2007051574A

JP2007051574A - タービン軸受装置

Info

Publication number: JP2007051574A
Application number: JP2005236581A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Kuroki; 英俊黒木; Shinya Marushima; 信也圓島; Ryo Akiyama; 陵秋山; Yasuhiro Horiuchi; 康広堀内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】本発明は、軸受ケーシングやケーシング支持体の熱変形が少なく、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、タービン軸２を支承する軸受メタル６と、この軸受メタル６を支持する軸受ケーシング７と、この軸受ケーシング７と一体に形成されたケーシング支持体８と、前記軸受ケーシング７とケーシング支持体８の外周に形成された排気ディフューザ１４と、前記軸受メタル６へ潤滑油を給排する潤滑油供給経路（２０，２１）及び潤滑油排出経路（２３）とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体８内に隙間を介在させて内側ケーシング１９を設けたのである。
【選択図】図１

Description

本発明はタービン軸受装置に係り、特に、ガスタービンや蒸気タービン等のようにタービン軸周囲に高温流体が流通するように構成されたタービン軸受装置に関する。

タービン軸周囲に高温流体が流通するように構成されたタービン軸受装置は、例えば特許文献１に開示されているように、既に提案されている。

特開平９−３１７４０６号公報

上記タービン軸受装置は、周囲を流れる高温流体による熱と、軸受メタルに供給される潤滑油の冷却熱との温度差について配慮されていない。特に、軸受ケーシングと、この軸受ケーシングを支持するケーシング支持体とは、潤滑油が給排される下方は温度が低く、その結果、周方向に温度偏差による熱変形が生じる。そして、この熱変形を回避するために、タービンの回転部分と固定部分との隙間を大きく設定しておく必要があるが、この隙間を大きくすることで、この隙間からの高温流体の漏洩が多くなり、タービンの出力及び熱効率を低下させることになる。

本発明の目的は、軸受ケーシングやケーシング支持体の熱変形が少なく、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され排気ディフューザと、前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けたのである。

上記構成とすることで、ケーシング支持体が潤滑油によって偏って冷却されることがなくなるので、熱変形は抑制される。その結果、タービンの回転部分と固定部分との隙間を大きく設定しておく必要がなくなるので、この隙間からの高温流体の漏洩が少なくでき、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるのである。

以上説明したように本発明によれば、ケーシング支持体の熱変形を抑制でき、タービンの出力及び熱効率の低下を抑制できるタービン軸受装置を得ることができる。

以下本発明によるタービン軸受装置の一実施の形態を図１〜図３に示すガスタービン軸受装置に基づいて説明する。

ガスタービンロータ１は、タービン軸２と、このタービン軸２の周囲に等間隔で固定した複数の動翼３とを有している。そして周方向に複数配置した動翼３は、軸方向に対して複数段設けられている。

上記タービン軸２は、ジャーナル部２Jを軸受装置４によって回転自在に支持され、最終的に軸受装置４を介して基台５に支持されている。

前記軸受装置４は、前記ジャーナル部２Jを摺動して支持する軸受メタル６と、この軸受メタル６を支持する環状に形成された軸受ケーシング７と、この軸受ケーシング７を支持し前記タービン軸２の軸端２Ｅを覆う環状のケーシング支持体８とを備えている。このケーシング支持体８は、その外周に放射状に複数（本実施の形態では６つ）の支柱９，９Ａを介して排気ケーシング１０を支持している。そして排気ケーシング１０を支脚１１Ａ，１１Ｂを介して前記基台５に支持することで、タービン軸２を基台５に支持している。尚、排気ケーシング１０にはタービンケーシング１２が連結されており、このタービンケーシング１２の内側には、前記軸方向に複数段設けられた動翼３間に位置する静翼１３が固定されている。

一方、前記軸受ケーシング７及びケーシング支持体８と排気ケーシング１０との間には、前記タービンケーシング１２とガスタービンロータ１との間を通過した燃焼ガスを誘導する排気ディフューザ１４が位置している。排気ディフューザ１４は、タービン軸２と同心となる内筒１５と外筒１６とを有し、さらに内筒１５と外筒１６とを貫通する前記支柱９，９Ａと区画するために、内筒１５と外筒１６に跨って複数のエアフォイル１７，１７Ａが設けられている。

この外、前記ケーシング支持体８内には、軸受ケーシング７に支持された内側ケーシング１９が隙間を介して位置している。この内側ケーシング１９は、上下方向に分割できるように、上部ケーシング１９Ａと下部ケーシング１９Ｂとによって構成されている。

また、前記支柱９，９Ａのうち、下方に位置する支柱９Ａは、筒状に形成されており、この筒状の中心部に給油管２０を貫通させている。この給油管２０の内端は軸受メタル６に給油するために軸受ケーシング７に形成した給油孔２１に連結されており、外端は図示しない給油装置に連結されている。前記軸受ケーシング７の下方には、軸受メタル６に供給した潤滑油を回収する潤滑油回収孔２２が設けられており、さらに前記内側ケーシング１９の下部ケーシング１９Ｂの下部からは、潤滑油回収管２３が前記支柱９Ａ内を貫通して延在されている。尚、前記給油管２０は潤滑油回収管２３の内側に配置されている。

上記構成において、ここで、給油管２０と給油孔２１及び潤滑油回収管２３とが、本発明による軸受メタル６へ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路となる。

次に、上記構成のガスタービン軸受装置の動作を説明する。

図示しない燃焼器からの燃焼ガスが、ガスタービンロータ１とタービンケーシング１２との間を通過することで、動翼１３に駆動力を付与して回転駆動し、その後燃焼ガスは排気ディフューザ１４を経由して図示しない再生熱交換器を通って大気中に放出される。動翼１３を駆動することで、ガスタービンロータ１は回転し、タービン軸２はジャーナル部２Jで軸受メタル６と摺動する。この軸受メタル６には、給油管２０及び給油孔２１を通して潤滑油が供給され、ジャーナル部２Jと軸受メタル６との摺動部を潤滑すると共に、この摺動部を冷却する。ジャーナル部２Jと軸受メタル６とを潤滑及び冷却し終えた潤滑油は、一部は内側ケーシング１９の下部ケーシング１９Ｂに至り、残りは軸受ケーシング７の潤滑油回収孔２２を通って下部ケーシング１９Ｂに至る。そして、下部ケーシング１９Ｂに至った潤滑油は、潤滑油回収管２３から外部に排出され、図示しない冷却装置やフィルタを介して給油装置に至り、再度潤滑に供する。

上記構成のガスタービン軸受装置において、ケーシング支持体８の外周部は、排気ディフューザ１４を通過する約７００℃の高温の燃焼ガスによって昇温する一方、ケーシング支持体８の内側の下方部は、略常温に近い潤滑油の供給や回収によって冷却されるので、本来なら、ケーシング支持体８には周方向に温度偏差が発生して周方向に熱変形が生じる。しかしながら、本実施の形態においては、ケーシング支持体８の内側に内側ケーシング１９を形成しているので、潤滑油によってケーシング支持体８が直接冷却されることがなくなる。その結果、ケーシング支持体８は排気ディフューザ１４を通過する高温の燃焼ガスによって周方向に略均一に昇温されるので、周方向の温度偏差による熱変形は抑制される。ケーシング支持体８の周方向の温度偏差による熱変形の抑制により、ガスタービンの回転部分であるガスタービンロータ１と固定部分であるタービンケーシング１２との隙間を大きく設定しておく必要がなくなるので、この隙間からの高温流体である燃焼ガスの漏洩を少なくでき、その結果、ガスタービンの出力及び熱効率の低下を抑制することができる。しかも、ケーシング支持体８は、環状に形成されているので、仮に、ケーシング支持体８内に潤滑油が漏洩しても、それ以上外部への漏洩を防止することができる。

尚、ケーシング支持体８の内側に、隙間を介して内側ケーシング１９を形成することで、内側ケーシング１９内部の温度を１００℃以下にすることができ、これにより供給される潤滑油の劣化を防ぐことができる。さらに、内側ケーシング１９を上下二分割構成とすることで、上側ケーシング１９Ａのみ取り外すことで、軸受メタル６の保守点検を行うことができる。

この外、下方の支柱９Ａも本来なら回収される約７０℃の潤滑油によって冷却されるので、約５００℃に昇温される他の支柱９との間に温度偏差が生じて周方向の支持を不均衡にさせてケーシング支持体８を変形させるが、本実施の形態においては、専用の潤滑油回収管２３を設けることで支柱９Ａが潤滑油によって冷却されることはなくなり、その結果、支柱９Ａは他の支柱９と略同じ条件で昇温されることになるので、周方向に温度偏差はなくなり、ケーシング支持体８の周方向の支持を安定化させることができる。尚、下方の支柱９Ａのみを見ると、本来なら、外側は約５００℃で内側は約７０℃となるので、支柱９Ａの内外には大きな温度偏差が生じ、過大な熱応力が作用する。そして過大な熱応力によって、支柱９Ａに亀裂が発生し、軸受装置の安定した支持を損なう恐れがある。しかし、本実施の形態では、潤滑油回収管２３を設けることで、支柱９Ａ内外の大きな温度偏差による亀裂の発生を防止できるので、軸受装置の安定した支持を維持することができる。

ところで以上の説明は、排気ディフューザ１４を通過する高温の燃焼ガスによって軸受ケーシング７，ケーシング支持体８，支柱９，９Ａが昇温されることを前提としたものであるが、本来なら、軸受装置近傍の構成部材の昇温は望ましいものではない。

そのため本実施の形態においては、軸受ケーシング７及びケーシング支持体８の外周部に遮熱板２５を、支柱９，９Ａの外周部に遮熱板２６，２６Ａを設けたのである。遮熱板２５は、排気ディフューザ１４の内筒１６に取付けられ、軸受ケーシング７，ケーシング支持体８，内筒１５の夫々と隙間を介在している。また、遮熱板２６，２６Ａは、支柱９，９Ａに取付けられ、これら支柱９，９Ａ及びエアフォイル１７，１７Ａの夫々と隙間を介在している。

このように遮熱板２５，２６，２６Ａを設けることで、排気ディフューザ１４からの熱が直接軸受ケーシング７，ケーシング支持体８及び支柱９，９Ａに伝わるのを防止することができ、その結果、これらの昇温を低く抑えることができ、軸受装置近傍の構成部材の熱変形や潤滑油の早期劣化等を防止することができる。

ところで、図３に示すように、支柱９Ａの昇温を防止するため、外周に遮熱板２６Ａを設けたが、図４に示すように、エアフォイル１７Ａの内側に隙間を介して遮熱板２７を設けても、図３と同様な効果を奏することができる。

さらに、図５に示すように、図３の遮熱板２６Ａの代わりに、支柱９Ａの外周を断熱材２８で覆うように形成してもよい。

この外、潤滑油回収管２３の内側に給油管２０を設置することで、仮に給油管２０が破損しても、潤滑油は回収される潤滑油と共に排出できるので、温度の高い排気ディフューザ１４近傍やガスタービン外部に漏れることはなく、その結果、火災の発生を招くことがない信頼性の高い軸受装置を得ることができる。

以上の説明は、タービン軸受装置としてガスタービンの軸受装置を説明したが、蒸気タービンの軸受装置にも適用できることは云うまでもない。その場合、本発明による排気ディフューザと排気ケーシングとは、動翼を駆動し終えた蒸気を導く排気ディフューザと排気ケーシングとなる。

本発明によるタービン軸受装置の一実施の形態を示すガスタービン軸受装置の縦断側面図。図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図。図１のＢ−Ｂ線に沿う横断平面拡大図。図３の変形例。図３の他の変形例。

符号の説明

１…ガスタービンロータ、２…タービン軸、２J…ジャーナル部、３…動翼、４…軸受装置、５…基台、６…軸受メタル、７…軸受ケーシング、８…ケーシング支持体、９，９Ａ…支柱、１０…排気ケーシング、１１Ａ，１１Ｂ…支脚、１２…タービンケーシング、１３…静翼、１４…排気ディフューザ、１５…内筒、１６…外筒、１７，１７Ａ…エアフォイル、１９…内側ケーシング、１９Ａ…上部ケーシング、１９Ｂ…下部ケーシング、２０…給油管、２１…給油孔、２３…潤滑油回収管、２５，２６，２６Ａ，２７…遮熱板、２８…断熱材。

Claims

タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成された排気ディフューザと、前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に支柱体遮熱板を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に支柱体遮熱板を設け、かつ前記軸受ケーシング及びケーシング支持体と前記排気ディフューザとの間にディフューザ遮熱板を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。
前記潤滑油排出経路は、内側に前記潤滑油供給経路を有し、前記内側ケーシングに連通していることを特徴とする請求項１，２又は３記載のタービン軸受装置。
前記軸受ケーシングとケーシング支持体とは、夫々環状に一体に形成されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のタービン軸受装置。
タービン軸を支承する軸受メタルと、この軸受メタルを支持する軸受ケーシングと、この軸受ケーシングと一体に形成され前記タービン軸端を覆うケーシング支持体と、前記軸受ケーシングとケーシング支持体の外周に形成され内側に排気ディフューザを配置した排気ケーシングと、この排気ケーシングと前記ケーシング支持体とを連結する複数の支柱と、これら複数の支柱のうち一部の支柱内を通して前記軸受メタルへ潤滑油を給排する潤滑油供給経路及び潤滑油排出経路とを備えたタービン軸受装置において、前記ケーシング支持体内に隙間を介在させて内側ケーシングを設けると共に、前記支柱と前記排気ディフューザとの間に断熱材を設けたことを特徴とするタービン軸受装置。